manual de suelos del pitufo

MANUAL DE ENSAYOS DE LABORATORIO MECÁNICA DE SUELOS II

M.Sc. e ING. SILENE MINAYA GONZÁLEZ Universidad Ricardo Palma

[email protected]

M.Sc. e ING. ABEL ORDÓÑEZ HUAMÁN Universidad Nacional de Ingeniería

[email protected]

Auspiciado por:

OM Ingeniería y Laboratorio SRL

TERCERA EDICIÓN

LIMA, 2009

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

Manual de Ensayos de Laboratorio Mecánica de Suelos II

Silene Minaya & Abel Ordóñez

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Contenido

Capítulo 1. Ensayos de Caracterización Pag.

1.1.- Descripción e Identificación de Suelos 4-21

(Procedimiento Visual y Manual) ASTM D 2488-00

1.2.- Contenido de Humedad ASTM D 2216 22-24

Capítulo 2. Análisis de Asentamientos

2.1.- Consolidación Unidimensional, ASTM D 2435-96 26-39

Capítulo 3. Resistencia a la compresión de Suelos no Cohesivos

3.1.- Corte Directo, ASTM D-3080 41-46

3.2.- Compresión Triaxial Consolidado Drenado CD 47-58

Capítulo 4. Resistencia a la compresión de Suelos Cohesivo

4.1.- Resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos

ASTM D 2166 – 00 60-66

4.2.- Compresión Triaxial No Consolidado No Drenado UU en suelos

cohesivos ASTM D 2850 – 03ª 67-77

4.3.- Compresión Triaxial Consolidado No Drenado CU en suelos

cohesivos ASTM D 4767 – 02 78-103



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Capitulo 1 Ensayos de Caracterización



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1.1 Descripción e Identificación de Suelos

Procedimiento Visual-Manual ASTM D 2488 - 00

INTRODUCCIÓN La identificación visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sin necesidad de empleo de equipos o ensayos de laboratorio. Mas tarde, los ensayos de laboratorio confirmarán y permitirán precisar la información obtenida del terreno. Esta identificación es una etapa inicial para el estudio de Mecánica de Suelos, que permite tomar decisiones y ajustar el programa de investigación. Los términos básicos para designar a los tipos de suelos son: grava, arena, limo y arcilla; sin embargo, en la naturaleza los suelos son una mezcla de dos o más de estos y a veces contienen una cantidad de materia orgánica. Sin embargo, es posible identificar el componente predominante y asignarles el término básico. Por ejemplo, una arena limosa tiene las propiedades de una arena, con una cantidad importante de limo; un limo orgánico está compuesto prioritariamente por limo, pero contiene una cantidad significativa de materia orgánica. DEFINICIONES La American Society for Testing and Materials (ASTM) define los diferentes tipos de suelos como: Bloques: Partículas de roca mayores que 12” (300 mm). Boleos: partículas de roca menores que 12” (300 mm), pero mayores que 3” (75 mm) Grava- suelo que pasa la malla de 3" (75 mm) y se retiene en la malla No.4 (4.75 mm); tiene las siguientes subdivisiones:

grava gruesa: pasa la malla de 3" (75 mm) y se retiene en la malla de 3/4" (19 mm). grava fina: pasa la malla de 3/4" y se retiene en la malla No.4 (4.75 mm).

Arena: suelo que pasa la malla No.4 (4.75mm) y se retiene en la malla No.200 (75 µm), tiene las siguientes subdivisiones:

arena gruesa: pasa la malla No.4 (4.75mm) y se retiene en la malla No.10 (2mm). arena media: pasa la malla No.10 (2mm) y se retiene en la malla No.40 (425 µm).



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arena fina: pasa la malla No.40 (425 µm) y se retiene en la malla No.200 (75 µm).

Arcilla: suelo que pasa la malla No. 200 (75 µm) que presenta plasticidad dentro de un rango de contenidos de humedad y que muestra considerable resistencia en estado seco. Para clasificación, una arcilla es un suelo fino, cuyo índice de plasticidad es igual o mayor que 4, y se encuentra sobre la línea A de la Carta de Plasticidad (Ver ensayo ASTM D 2487). Arcilla orgánica: arcilla con suficiente contenido orgánico como para influenciar en las propiedades de suelo. Para su clasificación, una arcilla orgánica es un suelo que podría ser clasificado como arcilla, excepto que su límite líquido luego de secado al horno es menos del 75% de su límite líquido antes de su secado. Limo: suelo que pasa la malla No.200 (75 µm); con nula o poca plasticidad, y que en estado seco no tiene o tiene muy poco resistencia. Para efectos de clasificación, el limo es un suelo de fino, cuyo índice de plasticidad es menor que 4 ó se encuentra debajo de la línea A de la Carta de Plasticidad (Ver ensayo ASTM D 2487). Limo orgánico: limo con suficiente contenido orgánico como para influenciar en las propiedades de suelo. Para su clasificación, un limo orgánico es un suelo que podría ser clasificado como limo excepto que su límite líquido después de secado al horno es menor que el 75% de su límite líquido antes del secado. Turba: suelo compuesto por tejido vegetal en diferentes etapas de descomposición, usualmente presenta olor orgánico, de color marrón oscuro a negro, de consistencia y textura que varía de fibrosa a amorfa. El procedimiento visual-manual describe e identifica los suelos con los siguientes símbolos:

G grava (gravel) S arena (sand) M limo (silt) C arcilla (clay) O material orgánico (organic) Pt turba (peat) W bien gradada (well graded) P mal gradada (poorly graded)

DESCRIPCIÓN E INFORMACIÓN DE SUELOS En la práctica la identificación de suelos granulares es más sencilla que la de suelos finos. La muestra tomada debe ser representativa del depósito a identificar, la cantidad mínima por tipo de material será:



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Tamaño máximo de partícula Abertura del tamiz

Tamaño mínimo de muestra Peso seco

4.75 mm (No.4) 100 g 9.5 mm (3/8 pulg.) 200 g 19.0 mm (3/4 pulg.) 1 kg 38.1 mm (1 ½ pulg.) 8 kg 75.0 mm (3 pulg.) 60 kg

En caso la muestra de campo examinada sea menor que los valores mínimos, el reporte de campo debe indicarlo. DESCRIPCION DE LOS SUELOS Angularidad Describe la angularidad de la arena (solamente de la arena gruesa), grava, bloques y boleos. Los criterios se muestran en la tabla 1.1 y foto1.1.

Tabla 1.1 Criterios de angularidad

Descripción Criterio Angular Partículas con bordes afilados y relativamente planas en

los lados con superficies ásperas. Subangular Partículas que son similares a la descripción angular pero

con bordes redondeados. Subredondeada

Partículas ligeramente planas en los lados, con esquinas y bordes bien redondeados.

Redondeada Partículas que tienen los lados ligeramente curvados y no tienen bordes.

Foto 1.1: Angularidad de las partículas.



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Forma Describe la forma de la grava, bloques y boleos como chatas, alargadas, o chatas y alargadas si reúnen los criterios de la Tabla 1.2 y la figura 1.1.

Tabla 1.2. Criterios para definir la forma de las partículas

Descripción Criterio Chata Relación ancho/espesor > 3 Alargada Relación largo/ancho > 3 Chata y alargada Cumplen con ambos criterios

La forma de la partícula se describe como largo, ancho y espesor referido a la mayor, intermedia y menor longitud, respectivamente.

Color El color es una propiedad importante para la identificación de suelos orgánicos, y dentro de determinada localidad, puede ser útil para la identificación de materiales de origen geológico similar. Si la muestra contiene capas o fragmentos de colores variados, esto debe anotarse y se deben describir todos los colores representativos. El color debe describirse para muestras húmedas. Si el color representa una condición seca, este hecho se debe establecer en el reporte. Olor Describe si el olor es orgánico o inusual. Los suelos que contienen una cantidad considerable de material orgánico, usualmente tienen un olor característico de vegetación descompuesta. Esto aparece principalmente en muestras frescas, pero si las muestras están secas, el olor casi siempre podría revivirse exponiendo a temperatura alta la muestra humedecida. Se debe describir si el olor es inusual (producto derivado del petróleo, químicos y similares). Condición de Humedad Describe la condición de humedad como seca, húmeda o muy húmeda de acuerdo a los criterios de la tabla 1.3.

ancho

espesor

largo

Figura 1.2: Criterio para forma de partículas



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Tabla 1.3. Criterios para describir la condición de humedad

Descripción Criterio Seco Ausencia de humedad, polvorienta y seca al

tacto. Húmedo Húmeda sin presencia visible de agua. Muy húmedo Visibilidad de agua, usualmente el suelo está

cubierto de una capa de agua. Consistencia La consistencia es una característica propia de suelos finos, se describe como muy blando, blando, firme, duro y muy duro, de acuerdo a los criterios de la tabla 1.4.

Tabla 1.4. Criterios que describen la consistencia

Descripción Criterio Muy blando El pulgar penetrará en el suelo más de 25 mm. Blando El pulgar penetrará en el suelo alrededor de 25 mm. Firme El pulgar se hunde en el suelo alrededor de 6 mm Duro El pulgar no se hundirá en el suelo pero la uña del

pulgar se hundirá levemente. Muy duro La uña del pulgar no se hundirá en el suelo.

Cementación Describe la cementación de muestras inalteradas de suelos de grano grueso como débil, moderado o fuerte, de acuerdo a los criterios de la tabla 1.5.

Tabla 1.5. Criterios para describir la cementación

Descripción Criterio Débil Se desmorona o rompe al manipularse o con una

ligera presión del dedo. Moderado Se desmorona o rompe al presionarlo fuerte con el

dedo. Fuerte No se desmorona o rompe a la presión con el dedo.

Estructura Describe la estructura de suelos inalterados de acuerdo con los criterios de la tabla 1.6.



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Tabla 1.6. Criterios para describir la estructura

Descripción Criterio Estratificada Alterna estratos de materiales o colores variados con

estratos de al menos 6 mm de espesor. Laminar Alterna estratos de material o color variados con

capas menores de 6 mm de grosor. Fisurada Fisuras a lo largo de los planos de fractura definidos

con una pequeña resistencia a fracturarse. De superficie fisurada

Planos fisurados que aparecen pulidos o lisos, algunas veces estratificados.

Macizo Suelo cohesivo que puede romperse en pequeños terrones angulares y que resisten una desintegración adicional.

Cristalizados Inclusión de pequeñas bolsas de diferentes clases de suelo, como por ejemplo, pequeños lentes de arena esparcidos por una masa de arcilla; anote el grosor.

Homogéneo El mismo color y apariencia en toda la muestra. Tamaño de partículas Para suelos formados por gravas y arenas, describe el rango de tamaños dentro de cada componente. Por ejemplo, alrededor del 20% de grava fina a gruesa, alrededor de 40% de arena fina a gruesa. Tamaño máximo de partícula Describe el tamaño máximo de la partícula encontrada en la muestra, de acuerdo con la siguiente información:

Tamaño de arena Si la muestra la está compuesta por arena se describe como fina, media o gruesa. Por ejemplo, tamaño máximo de la partícula: arena media.

Foto 1.2: Arena gruesa No.4>D>No.10



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Tamaño de grava Si la muestra está formada por grava, el tamaño máximo corresponde al tamiz mayor por el que pasa la muestra. Por ejemplo, TM de partícula 1½”, significa que pasa el tamiz de 1½”pero no la de ¾”. Un ejemplo de gravas se muestra en la siguiente foto. Tamaño de boleo Si la muestra es boleo o bloque se reporta la máxima dimensión de la partícula más grande. Ejemplo: dimensión máxima 18” (450 mm).

Dureza Describe la dureza de la arena gruesa y partículas mayores, se les denomina dura. Duro significa partículas que no se rajan, fracturan o desintegran bajo el golpe de un martillo. Reacción con el HCl Describe la reacción con HCl como nula, débil y fuerte, de acuerdo a los criterios de la tabla 1.7. Debido a que el carbonado de calcio es un agente cementante común, es importante un reporte de su presencia sobre la base de la reacción con el ácido clorhídrico diluido.

Foto 1.3:Arena media

No.10>D>No.40

Foto 1.4: Arena fina No.10>D>No.200



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Tabla 1.7. Criterios para describir la reacción con HCl

Descripción Criterio Nula Sin reacción visible. Débil Alguna reacción, con burbujas que se forman

lentamente. Fuerte Reacción violenta, con burbujas que se forman

inmediatamente. Nota Se puede anotar comentarios adicionales como la presencia de raíces o huecos de raíces, dificultades al taladrar o al hacer perforaciones, al cavar una zanja o al hacer una perforación, o la presencia de mica. Si el suelo tiene un nombre local debe ser anotado. IDENTIFICACION DE TURBAS Es un suelo compuesto principalmente por vegetales en diferentes etapas de descomposición, es de textura fibrosa a amorfa, usualmente marrón oscuro a negro y olor orgánico, se describe como suelo altamente orgánico y de identifica como turba PT, este tipo de suelo no sigue los procesos de identificación que se describen a continuación. IDENTIFICACION PRELIMINAR El suelo es de grano fino, si contiene 50% o más de finos. El suelo es de grano grueso, si contiene menos del 50% de finos. Luego de identificar preliminarmente el suelo, se debe seguir el procedimiento correspondiente para su identificación final. IDENTIFICACION DE SUELOS DE GRANO FINO Para realizar este procedimiento, se debe eliminar el material retenido en la malla Nº40. Para identificar la presencia de limos o arcillas, se recurre a los siguientes ensayos: Reacción a la Agitación o Dilatancia Se selecciona una cierta cantidad de suelo, aproximadamente 5 cc., si es necesario debe añadirse agua. Con ayuda de una espátula se amasa y forma una bolita de suelo, la que debe contener una humedad tal que el agua casi aparezca en la superficie. La muestra preparada se coloca en la palma de la mano y se sacude horizontalmente golpeándola en forma reiterada y fuerte contra la otra mano.



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Se debe observar la velocidad con que el agua aparece en la superficie del suelo. Los criterios de clasificación son ninguna, lenta y rápida, de acuerdo con la siguiente tabla:

Tabla 1.8: Criterios para describir la Dilatancia

Descripción Criterio Ninguna No hay cambios visibles en la superficie de la

muestra Lenta El agua aparece lentamente en la superficie de la

muestra durante la sacudida y no desaparece lentamente bajo presión.

Rápida El agua aparece rápidamente en la superficie de la muestra durante la sacudida y desaparece rápidamente bajo presión.

Cuando el suelo tiene reacción rápida al sacudimiento con unos pocos golpes, se puede asegurar que se trata de un limo. Si la reacción del suelo es muy lenta o no hay reacción, es decir, no hay cambio de forma en la pasta de suelo y el tiempo necesario para que el agua brille en la superficie del suelo es mucho mayor, se puede concluir que se trata de una arcilla. Reacciones intermedias no permiten identificar inmediatamente el suelo y por ello es necesario recurrir a un ensayo de amasado para despejar la interrogante. Sin embargo, en el caso en que el tipo de suelo fino se pueda definir sólo con el ensayo de dilatancia, es siempre conveniente continuar con el ensayo de amasado que se enuncia a continuación. Nota:- Para el caso de arenas limpias muy finas la reacción es muy rápida.

Foto 1.5: Prueba de dilatancia



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Ensayo de amasado o de tenacidad El ensayo de amasado permite complementar el ensayo de dilatancia. Se toma la pasta y se amasa hasta alcanzar la consistencia de la masilla. Se forma un bastón hasta aprox. 3 mm. Se amasa nuevamente y se forma un bastón con las características dadas anteriormente. Con estas operaciones el contenido de humedad se reduce y la muestra adquiere una consistencia dura. Se repite hasta que el bastón se rompa en varias partes al ser amasado.

La tenacidad se describe como baja, media o alta, según el siguiente cuadro:

Tabla 1.9: Criterios para describir la tenacidad

Descripción Criterio Baja Sólo se requiere una ligera presión para enrollar el bastón de tal

manera que llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo son frágiles y suaves.

Media Se requiere una presión media para enrollar el bastón de tal manera que llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo tienen una rigidez media.

Alta Se requiere una considerable presión para enrollar el bastón de tal manera que llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo tienen una rigidez bastante alta.

Cuanto más tenaz es el rollito y cuanto más duro son los trozos al desmoronarse, más importante es la fracción arcillosa del suelo. Durante el ensayo se deben observar las características del suelo analizado.

1. Resistencia que opone el suelo al amasado cuando está cerca de las condiciones de ruptura descritas: una arcilla opone mucha resistencia al amasado, en cambio un limo opone una baja resistencia.

2. Plasticidad: durante el amasado el suelo está constantemente perdiendo humedad y durante todo el proceso de amasado, el suelo se comporta

Foto 1.5: Prueba de tenacidad



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plásticamente, pero deja de hacerlo una vez que alcanza la humedad que tiene el bastón al romperse.

3. Brillo: cuando se alcanza la rotura del bastón de suelo, se pueden unir sus partes al oprimirlas entre sí fuertemente con los dedos, se frota la superficie contra la uña y se observa si brilla (las arcillas presentan una superficie brillante que va en aumento según el crecimiento de la plasticidad, es decir, es más brillante si la arcilla es más plástica).

Resistencia en Estado Seco (a la disgregación) Se prepara una muestra de suelo, a la que se debe añadir agua si es necesario. Se deja secar la pastilla expuesta al sol y aire, probando después su resistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. La resistencia (en esta seco) aumenta con la plasticidad (presencia de arcilla). La resistencia del suelo en estado seco, se puede describir según la siguiente tabla:

Tabla 1.10: Criterios para describir la resistencia en estado seco

Descripción Criterio Nula La muestra seca se desmorona con ligera presión o

manipulación. Baja La muestra seca se desmorona con poca presión. Media La muestra seca se rompe en pedazos o se desmorona bajo

presión considerable con el dedo. Alta La muestra seca no puede romperse con la presión del dedo. Sólo

se romperá en pedazos entre el dedo pulgar y una superficie dura. Muy alta La muestra seca no puede romperse entre el pulgar y una

superficie dura.

Foto 1.6: Resistencia en estado seco



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Resistencia en estado seco muy alta es característica de las arcillas. Un limo inorgánico posee una resistencia en estado seco nula. Las arenas finas limosas y los limos tienen resistencia baja. Plasticidad Basándose en las observaciones hechas durante el ensayo de tenacidad, describa la plasticidad del material de acuerdo a los criterios dados en la siguiente tabla.

Tabla 1.11: Criterios para describir la plasticidad

Descripción Criterio No plástica No se pueden formar bastones de 3 mm de diámetro a ningún

contenido de humedad. Baja Un bastón puede apenas enrollarse y el grumo no se puede formar

cuando está más seco de lo que su límite plástico puede permitir. Media Es fácil preparar bastones y no se requiere mucho tiempo para

alcanzar el LP. Un bastón no puede enrollarse después de alcanzado el LP. El grumo se desmorona cuando está más seco que su LP.

Alta Toma considerable tiempo en preparar bastones hasta alcanzar su LP. Un bastón puede reenrollarse varias veces después de alcanzar su LP. Se puede formar un grumo sin que se desmorone, aún más seco que su LP.

En la figura 1.3 se puede apreciar un diagrama de lujo que permite clasificar suelos finos. Identificación de Suelos Finos con Pruebas Manuales En la tabla 1.12 se compilan los tipos de suelos y su comportamiento ante las pruebas de campo. En la tabla 1.13 se muestran las expresiones cualitativas y cuantitativas de la arcilla.



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SIMBOLO NOMBRE<15% retenido No.200 Arcilla pobre

%arenas≥%gravas Arcilla pobre con arenas%arenas<%gravas Arcilla pobre con gravas

<15% gravas Arcilla pobre arenosa≥15% gravas Arcilla pobre arenosa con gravas

<15% arenas Arcilla pobre gravosa≥15% arenas Arcilla pobre gravosa con arenas

<15% retenido No.200 Limo

%arenas≥%gravas Limo con arena%arenas<%gravas Limo con grava

<15% gravas Limo arenoso≥15% gravas Limo arenoso con gravas

<15% arenas Limo gravoso≥15% arenas Limo gravoso con arenas

<15% retenido No.200 Arcilla gruesa

%arenas≥%gravas Arcilla gruesa con arenas%arenas<%gravas Arcilla gruesa con gravas

<15% gravas Arcilla gruesa arenosa≥15% gravas Arcilla gruesa arenosa con gravas

<15% arenas Arcilla gruesa gravosa≥15% arenas Arcilla gruesa gravosa con arenas

<15% retenido No.200 Limo de alta plasticidad

%arenas≥%gravas Limo de alta plasticidad con arenas%arenas<%gravas Limo de alta plasticidad con gravas

<15% gravas limo arenoso de alta plasticidad≥15% gravas limo arenoso de alta plasticidad con gravas

<15% arenas limo gravoso de alta plasticidad≥15% arenas limo gravoso de alta plasticidad con arenas

SIMBOLO NOMBRE<15% retenido No.200 Suelo orgánico

%arenas≥%gravas Suelo orgánico con arenas%arenas<%gravas Suelo orgánico con gravas

<15% gravas Suelo orgánico arenoso≥15% gravas Suelo orgánico arenoso con gravas

<15% arenas Suelo orgánico gravoso≥15% arenas Suelo orgánico gravoso con arenas

NOTA DE LA NORMA: Porcentajes basados en cantidades estimadas de finos, arenas y gravas con aprox. del 5%.

OL/OH

15-25% retenido No.200

%arena ≥ %gravas

%arena < %gravas

<30% retenido No.200

≥30% retenido No.200


CL

ML

CH

MH


%arena ≥ %gravas

%arena < %gravas









%arena ≥ %gravas

%arena < %gravas


%arena ≥ %gravas

%arena < %gravas


%arena ≥ %gravas

%arena < %gravas

Figura 1.3: Diagrama de flujo para identificación de suelos finos inorgánicos (50% ó más de finos)



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Tabla 1.12: Identificación de Suelos con Pruebas Manuales

Suelo Típico Resistencia en Estado Seco

Dilatancia Tenacidad Tiempo de sedimentación en

prueba de dispersión

Limo arenoso ninguna a muy baja

Rápida De débil a baja

De 30 a 60 min

Limo muy baja a baja Rápida De débil a baja

De 15 a 60 min

Limo arcilloso baja a media De rápida a lenta

Media De 15 min. a varias horas

Arcilla arenosa

baja a alta De lenta a ninguna

Media De 30 seg. a varias horas

Arcilla limosa Media a alta De lenta a ninguna

Media De 15 min. a varias horas

Arcilla alta a muy alta Ninguna Alta De varias horas a días

Limo orgánico baja a media Lenta De débil a baja

De 15 min. a varias horas

Arcilla orgánica

Media a muy alta Ninguna Alta De varias horas a días

Tabla 1.13: Expresiones Cualitativas y Cuantitativas de la Consistencia de las Arcillas

Consistencia Características NSPT Resistencia

a la Compresión

Simple qu (kg/cm2)

Identificación de campo

Muy blanda 0 - 2 < 0.25 El puño puede penetrar en ella fácilmente varios centímetros

Blanda

Arcillas de formación reciente, arcillas normalmente consolidadas

3 - 5 0.25 – 0.50 El pulgar puede penetrar en ella fácilmente varios centímetros

Media 6 - 9 0.50 – 1.00 El pulgar con esfuerzo moderado puede penetrar en ella varios centímetros

Firme o rígida

Arcillas preconsolida-das resecadas o cementadas 10 - 16 1.00 – 2.00 El pulgar se encaja fácilmente

pero solo penetra con gran esfuerzo

Muy rígida 17 - 30 2.00 – 4.00 La uña del pulgar se encaja fácilmente

Dura

Arcillas sobreconsolida-das > 30 > 4.00 La uña del pulgar se encaja con

dificultad



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IDENTIFICACIÓN SUELOS GRANULARES (< 50% de finos) • Se identifica el suelo como grava o arena dependiendo del que se presente en

mayor porcentaje. • Se denominará grava o arena limpia `si el porcentaje de finos es menor o igual al

5%. El suelo se identifica como grava bien gradada, GW, o arena bien gradada, SW, cuando la muestra presenta un amplio rango de partículas y cantidades significativas de tamaño intermedio. Se identifica el suelo como grava mal gradada, GP, o como arena mal gradada, SP, si en la muestra predomina un tamaño, o tiene un amplio rango de partículas donde predomina alguna de ellas.

• Los suelos se denominan gravas con finos o arenas con finos, si el porcentaje de finos es mayor igual al 15%. Se identifica como grava arcillosa, GC, o arena arcillosa, SC, si de la identificación los suelos son arcillosos. Se identifica como gravsa limosas, GM, o arena limosa, SM, si de la identificación los suelos son limosos.

• Si el suelo contiene 10% de finos, asignarle al suelo simbología doble. El primer símbolo corresponde a la grava o arena limpia (GW, GP, SW, SP) y el segundo símbolo corresponde a la grava o arenas con finos (GC, GM, SC, SM). El nombre del grupo corresponderá al primer símbolo, se adicionará la palabra “con arcilla” o “con limos” para indicar las características plásticas de los finos. En la figura 1.4 se encuentra un diagrama de flujo para identificación de suelos de gradación gruesa.

• Si el espécimen está formado predominantemente por arena o grava pero contiene por lo menos 15% de otros granos gruesos, se debe incluir los términos “con gravas” o “con arenas” al nombre del grupo. Por ejemplo: “grava mal gradada con arenas, GP” ó “arena arcillosa con gravas, SC”. Ver figura 1.4.

• Si la muestra de campo contiene bloques o boleos, o ambos, las palabras “con

bloques” o “con bloques y boleos” se deben incluir al nombre del grupo. Por ejemplo: grava limosa con bloques, GM”

REPORTE El reporte de campo debe incluir información como el origen y los puntos indicados en la tabla 1.14.

SIMBOLO NOMBRE DEL GRUPO<15% arenas Grava bien gradada≥15% arenas Grava bien gradada con arenas

<15% arenas Grava mal gradada≥15% arenas Grava mal gradada con arenas

<15% arenas Grava bien gradada con limos≥15% arenas Grava bien gradada con limos y arenas<15% arenas Grava bien gradada con arcilla≥15% arenas Grava bien gradada con arcilla y arenas

<15% arenas Grava mal gradada con limos≥15% arenas Grava mal gradada con limos y arenas<15% arenas Grava mal gradada con arcilla≥15% arenas Grava mal gradada con arcilla y arenas

<15% arenas Grava limosa≥15% arenas Grava limosa con arenas<15% arenas Grava arcillosa≥15% arenas Grava arcillosa con arenas

<15% arenas Arena bien gradada ≥15% arenas Arena bien gradada con gravas

<15% arenas Arena mal gradada ≥15% arenas Arena mal gradada con gravas

<15% gravas Arena bien gradada con limos≥15% gravas Arena bien gradada con limos y gravas<15% gravas Arena bien gradada con arcilla≥15% gravas Arena bien gradada con arcilla y gravas

<15% gravas Arena mal gradada con limos≥15% gravas Arena mal gradada con limos y gravas<15% gravas Arena mal gradada con arcilla≥15% gravas Arena mal gradada con arcilla y gravas

<15% gravas Arena limosa≥15% gravas Arena limosa con gravas<15% gravas Arena arcillosa≥15% gravas Arena arcillosa con gravas

NOTA DE LA NORMA: Los porcentajes se basan en cantidades estimadas de finos, arenas y gravas con aproximación del 5%.

GR

AVA

%gr

ava

> %

aren

aA

REN

A%

aren

a >

%gr

ava

Finos = ML ó MH

Finos = CL ó CH

≤5% finos

10% finos

≥15% finos

≤5% finos

10% finos

≥15% finos

Bien gradada

Mal gradada

Bien gradada

Mal gradada

Finos = ML ó MH

Finos = CL ó CH

Finos = ML ó MH

Finos = CL ó CH

Finos = ML ó MH

Finos = CL ó CH

Finos = ML ó MH

Finos = CL ó CH

Bien gradada

Mal gradada

Bien gradada

Mal gradada

Finos = ML ó MH

Finos = CL ó CH

SP-SM

SP-SC

SM

SC

SW

SP

SW-SM

SW-SC

GP-GM

GP-GC

GM

GC

GW

GP

GW-GM

GW-GC

Figura 1.4: Diagrama de flujo para identificación de suelos gruesos (menos del 50% de finos)



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Tabla 1.14: CHECKLIST para descripción de suelos

1. Nombre de grupo. 2. Símbolo de grupo. 3. Porcentaje de bloques, boleos o ambos (por volumen). 4. Porcentaje de grava, arena o finos, o los tres (por peso seco). 5. Rango del tamaño de la partícula: Grava - fina, gruesa. Arena - fina, media, gruesa. 6. Angularidad de la Partícula: angular, subangular, subredondeada,

redondeada. 7. Forma de la partícula: chata, alargada, chata y alargada. 8. Tamaño máximo. 9. Dureza de la arena gruesa y partículas mayores. 10. Plasticidad de finos: no plástica, baja, media, alta. 11. Resistencia en estado seco: nula, baja, media, alta, muy alta. 12. Dilatancia: ninguna, lenta, rápida. 13. Tenacidad: baja, media, alta. 14. Color: (en condición húmeda). 15. Olor: (mencionar sólo si fuera orgánico o inusual). 16. Humedad: seco, húmedo, muy húmedo. 17. Reacción con HCl: nula, débil, fuerte. Para muestras inalteradas: 18. Consistencia (sólo suelos de grano fino): muy blando, blando, firme, duro, muy duro. 19. Estructura: Estratificada, laminada, fisurada, de plano de resbalamiento,

lenticulada, homogénea. 20. Cementación: débil, moderada, fuerte. 21. Nombre local. 22. Interpretación geológica. 23. Comentarios: presencia de raíces o agujeros de raíces; presencia de mica,

yeso, etc.; superficie revestida de partículas de grano grueso, corrimientos o desprendimientos de agujeros de las paredes de las perforaciones, dificultad en la perforación o excavación, etc.

Nota Si se desea, los porcentajes de grava, arena y finos pueden establecerse en términos que indiquen un rango de porcentajes tal y como sigue: Trazos - Si presentan partículas en un estimado menor al 5%. Poco - 5 a 10%. Pequeño - 15 a 25%. Mucho - 30 a 45%. Bastante - 50 a 100%.



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EJEMPLOS Grava arcillosa con arena y cantos rodados, GC, alrededor del 50% de grava fina a gruesa, subredondeada a subangular; 30% de arena fina a gruesa subredondeada; 20% de finos con plasticidad media, resistencia en estado seco alto, dilatancia nula, resistencia media; la muestra original de campo tiene aproximadamente 5% (por volumen) de cantos rodados subredondeados y una dimensión máxima de 150 mm. Condiciones del lugar - Firme, homogéneo, seco, marrón. Interpretación geológica - Lodo aluvial. Grava bien graduada con arena (GW) - Alrededor del 75% de grava fina a gruesa, dura y subangular; 25% de arena fina a gruesa, dura y subangular; una pizca de finos; tamaño máximo, 75mm, marrón, seca; reacción nula al HCl. Arena limosa con grava (SM) - Alrededor del 60% es predominantemente arena fina; 25% son finos limosos con baja plasticidad, resistencia en estado seco lenta, dilatancia rápida y baja tenacidad. Con 15% de grava fina, dura y subredondeada, pocas partículas de grava fracturadas con un martillazo; tamaño máximo, 25mm; no reacciona al HCl (Nota - El tamaño de la muestra de campo es más pequeño que el recomendado). Condiciones in-situ - Firme, estratificada, contiene lentes de limo de 1 a 2 pulgadas (25 a 50mm) de espesor, húmedo, marrón a gris; densidad natural 1.4 tn/m3, humedad natural 9%. Suelo Orgánico (OL/OH) - Alrededor del 100% de finos con plasticidad baja, dilatancia lenta, esfuerzo seco bajo y resistencia baja; húmedo, marrón oscuro, olor orgánico, reacción débil con el HCl. Arena limosa con finos orgánicos (SM) - Alrededor del 75% de arena fina a gruesa, dura, subangular y rojiza; 25% de finos orgánicos y limosos marrón oscuro, no plásticos, con resistencia en estado seco nula y dilatancia lenta; húmeda, tamaño máximo, arena gruesa, reacción débil al HCl. Grava mal gradada con limo, arena, boleos y cantos rodados (GP-GM) - Alrededor del 75% de grava fina a gruesa, dura, subredondeada a subangular; 15% de arena fina, dura, subredondeada a subangular; 10% de finos limosos no plásticos, húmedo, marrón, reacción nula al HCl; la muestra de campo original tiene un aproximado de 5% (por volumen) de boleos subredondeados y duros y una pizca de cantos rodados duros y subredondeados, con una dimensión máxima de 18 pulgadas (450mm).



22

1.2 Contenido de Humedad

ASTM D 2216

INTRODUCCIÓN

Una de las características importantes de los suelos en su estado natural, es su contenido de humedad (ω). Se expresa en porcentaje, y se define como la relación entre el peso de agua y el peso del suelo seco. OBJETIVO

El método describe el procedimiento a seguir para calcular el contenido de humedad de una muestra de suelo. Documento de referencia ASTM D2216-92 “Standard Test Method of Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock”.

Una muestra de suelo con peso conocido, se lleva al horno para su secado hasta obtener peso constante. El peso del suelo seco es el peso de la fracción sólida. La pérdida de peso debido al secado es el peso del agua.

EQUIPO Y ACCESORIO

Horno de 105° - 115°C para secar la muestra Balanzas, aprox. de 0.01 gr para muestras de menos de 200 gr y de 0.1 gr para

muestras de mas de 200 gr. Recipientes o taras. Accesorios de laboratorio como espátulas, cuarteador, etc.

Notas: Para suelos que contienen yeso u otros minerales con gran cantidad de agua de hidratación o cuando el suelo contiene cantidades significativas de material orgánico, la temperatura de secado para obtener valores confiables de humedad deberá ser 60°C o se usará un desecador a temperatura ambiente. Los recipientes estarán provistos de tapas para impedir la pérdida de la humedad de las muestras antes de la pesada inicial y para prevenir la absorción de la humedad atmosférica después del secado y antes de la pesada final. Es necesario un recipiente por cada determinación del contenido de humedad.



23

OBTENCIÓN DE MUESTRAS Las muestras a ensayarse deberán estar protegidas en contenedores herméticos. Si la muestra se guarda antes de ser ensayada, la temperatura de almacenamiento estará entre 3ºC y 30ºC, en un área protegida contra los rayos solares. Las muestras alteradas se almacenarán en recipientes de tal manera que se evite la evaporación del agua de su interior. El ensayo de contenido de humedad se realizará tan pronto como sea posible, sobre todo si fue traído en contenedores de plástico, tubos, etc. Las cantidades mínimas para ensayo son:

PESO MINIMO DE MAS DEL 10% DE MUESTRA RETENIDA LA MUESTRA

2.0 mm (No. 10) 100 gr a 200 gr 4.75 mm (No. 4) 300 gr a 500 gr 19 mm ( 3/4 " ) 500 gr a 1000 gr 37.5 mm ( 1 1/2 ") 1500 gr a 3000 gr 75 mm ( 3 " ) 5000 gr a 10000 gr

Si el ensayo se realizó a la masa total, se deberá indicar esto como una observación. Cuando se trabaje con muestras pequeñas (menores de 200 gr) y se presenten partículas de grava relativamente grandes, no se recomienda incluirlas en la muestra de ensayo. Sin embargo, se deberá anotar como observación. PROCEDIMIENTO Pesar una tara (con su tapa si es necesario usarla) e identificarla. Colocar una muestra representativa de suelo húmedo en la tara (tapándola si es

necesario), pesar la tara con el suelo húmedo. Después de pesar la tara con la muestra húmeda, retirar la tapa (si fue usada) y

llevarla al horno hasta obtener peso constante. Por lo general no menos de 16 horas.

Cuando la muestra se haya secado, pesar la tara con el suelo seco. Asegúrese de usar la misma balanza para todas las mediciones de peso. Si peso el suelo húmedo con la tapa, pesar el suelo seco también con tapa.



24

Foto 2.1: Pesar el recipiente con la muestra húmeda y llevarla al horno.

CÁLCULOS Para obtener el contenido de humedad de la masa de suelo, se aplica la siguiente fórmula:

100horno al seco suelo del Peso

agua del Peso×=ω

Para facilitar los cálculos se puede utilizar el siguiente cuadro y ejemplo:

CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO (ω%) 1 Nº recipiente 13 8 2 Peso de tara (gr) 182.4 181.3 3 Peso de tara + suelo húmedo (gr) 898.2 724.3 4 Peso de tara + suelo seco (gr) 888.0 718.1 5 Peso de agua: 3-4 (gr) 10.2 6.2 6 Peso de suelo seco: 4-2 (gr) 705.6 536.8 7 Contenido de Humedad: 5/6*100 (%) 1.45 1.15 8 ωPromedio (%) 1.3



25

Capitulo 2 Análisis de Asentamientos



26

2.1 Consolidación Unidimensional

ASTM D 2435-96

INTRODUCCION Los suelos cohesivos y orgánicos saturados son susceptibles a asentamientos significativos cuando están sometidos a incrementos de carga. El asentamiento puede tener tres diferentes componentes: asentamiento instantáneo, primario y secundario. Los asentamientos instantáneos se dan generalmente en suelos granulares, mientras que la componente significativa de asentamientos en suelos cohesivos son los asentamientos por consolidación (primario y secundario). El ensayo de consolidación consiste incrementos de cargar vertical a una muestra de suelo con confinamiento lateral. La carga axial aplicada a la muestra, incrementará la presión de poros en el suelo cohesivo, dicho exceso de presión debe disiparse antes del siguiente incremento. Durante el ensayo se tomarán lecturas del asentamiento de la muestra, estos datos son utilizados para determinar la relación entre el esfuerzo efectivo y relación de vacíos o la deformación; así como, para calcular la velocidad y magnitud de los asentamientos en suelos finos. EQUIPO Equipo de Carga: Equipo apropiado para aplicar cargas verticales a la muestra, debe ser capaz de mantener cargas especificadas durante períodos largos de tiempo con una exactitud de ± 0.5% de la carga aplicada y debe permitir la aplicación de un incremento de carga dado en un período de 2 seg. sin impacto significativo. La mayoría de aparatos de carga que se utilizan hoy en día consisten en pórticos de carga donde se aplica la presión a la muestra por un peso estático que actúa a través de un sistema de brazo de palanca. Consolidómetro: Equipo que permita mantener la muestra dentro de un anillo, ya sea fijo o flotante (sostenido por fricción en la periferia de la muestra), con piedras porosas en cada cara de la muestra. Características de la muestra: Diámetro mínimo 50 mm (2.00 pulg) y altura mínima 13 mm (0.5 pulg), pero no deberá ser menor que 10 veces el diámetro máximo de la partícula. La relación mínima entre el diámetro y altura de la muestra deberá ser de 2.5.

Anillo Piedras Porosas



27

Balanza, sensibilidad de 0.1 gr Horno para temperaturas constantes de 110 ± 5°C (230 ± 9°F). Extensómetro, para medir la variación en la altura de la muestra, con una sensibilidad de 0.0025 mm (0.0001 pulg) Espátulas, cuchillos, sierras de alambre, utilizados para la preparación de la muestra. Recipientes para contenido de humedad.

Figura 2.1: Detalle de la colocación de la muestra en el Consolidómetro de

anillo flotante (Juárez Badillo, Tomo 1, página 248) PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 1.- PREPARACIÓN DE LA MUESTRA La muestra se puede obtener por tallado o retirada de un anillo, la relación diámetro/altura es 2.5. Se deben tomar todas las precauciones para evitar la pérdida de humedad. La altura inicial del espécimen es Ho. 2.- DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES INDICES DEL SUELO Determinar las propiedades índices del suelo es información importante pero no indispensable para realizar el ensayo. Las propiedades índices se determinan en el material retirado por el tallado.

• Contenido de humedad



28

• Gravedad Específica • Límites y granulometría

3.- Dispositivo de carga Dos piedras porosas limpias y secas se colocan arriba y abajo de la muestra, luego colocar el conjunto en un anillo rígido. Aplicar al suelo una carga mínima de 6 kPa (0.06 kg/cm2), registrando la variación de lecturas en el extensómetro. Luego inundar el depósito con agua. 4.- Sobrecarga Se aplicarán incrementos de carga al espécimen, cada incremento será el doble del anterior y se mantendrá durante un período de 24 horas. Se tomarán lecturas en el extensómetro cada cierto intervalo de tiempo (0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos y 1, 2, 4, 8 y 24 horas). Con esta información se puede graficar, para cada incremento de carga, la curva de consolidación (log tiempo vs. lecturas de extensómetro). Mediante una evaluación cuidadosa de la curva de consolidación, se puede determinar la relación de vacíos e y el coeficiente de consolidación cv correspondiente a la presión aplicada. Con esta información es posible graficar dos nuevas curvas: la curva de compresibilidad (e vs. log presión), la otra curva es coeficiente de consolidación versus logaritmo de presión (curva cv-log p). Con la curva e-log p se puede evaluar la magnitud de los asentamientos por consolidación y con la curva cv-log p se puede estimar el tiempo de la consolidación. 5.- Descarga Finalizado el proceso de carga, proceda con la descarga. La descarga en el suelo es por decrementos de presión en orden inverso. PROPIEDADES DEL ESPECIMEN

Dado que la muestra está confinada lateralmente, la variación de volumen en la

muestra se dará por pérdida de altura. En Mecánica de Suelos I se definieron las fases del suelo saturado. Fase sólida y líquida. Siendo la componente sólida invariable a lo largo de todo el ensayo, se define el término “altura de sólidos” como:

AV

H ss =

Donde: A Área de la sección transversal del molde, cm2.

Vs Volumen de sólidos, ωγ

γ×

=Gs

V ds



29

La relación de vacíos inicial en la muestra (antes de aplicación de carga) es:

s

soo H

HHe

−=

La relación de vacíos al final de cada sobrecarga es:

s

sff H

HHe

−=

Donde: Hf altura del espécimen luego de 24 horas.

Calcular el grado de saturación al inicio y fin del ensayo como sigue:

Grado de saturación inicio de ensayo: ( ) 100×−××

−=

so

dToo HHA

MMS

ωρ

Grado de saturación fin de ensayo: 100×=VvVwS f

( ) 100sec×

−−

=HsHfA

oWWtotalSfωρ

Donde:

Wtotal Peso de la muestra al final del ensayo Wseco Peso de la muestra retirada del horno A Area del espécimen ρω Densidad del agua, 1 gr/cm3 Hf Altura del espécimen al final del ensayo Hs Altura de sólidos

EJEMPLO DE APLICACION A continuación se muestra un ejemplo de aplicación que servirá de guía para la elaboración del Informe de Laboratorio: 1.-Identificación visual y manual de la muestra ensayada 2.- Datos del especimen Antes del ensayo: 1) Tipo de muestra inalterada 2) Diámetro, D 2.50 pulg. (6.35 cm.)



30

3) Area del espécimen, A 4.91 pulg2 (31.67 cm2) 4) Altura inicial, Ho 0.780 pulg (1.98 cm.) 5) Volumen inicial del espécimen (3x4) 3.83 pulg3 ó 62.70 cm3 6) Peso espécimen +anillo 208.48 g 7) Peso de anillo 100.50 g 8) Peso inicial del suelo húmedo (6-7) 107.98 g 9) Peso unitario del suelo húmedo (8/5) 1.72 g/cm3 10) Contenido de humedad inicial 42.1% a) Tara No2 b) Peso tara+suelo húmedo 79.97 g c) Peso tara+suelo seco 66.82 g d) Peso de tara 35.6 g e) Peso de agua (b-c) 13.15 g f) Peso de suelo seco (c-d) 31.22 g g) Humedad inicial (e/f x100) 42.1% 11) Peso seco inicial (8/(1+(10)/100)x100) 75.99 g 12) Gravedad específica de sólidos 2.72 13) Volumen de sólidos en espécimen (11/12) 27.94 cm3 14) Volumen de vacíos en el espécimen (5-13) 34.82 cm3 15) Volumen de agua en el espécimen (8-11) 31.99 cm3 16) saturación inicial (15/14 x 100) 91.9% La gravedad específica (12) es un ensayo de laboratorio, si no cuenta con esa información asumir un valor apropiado para la muestra de suelo ensayada. Final del ensayo: 17) Tara No.10 18) Peso de tara + suelo húmedo retirado del consolidómetro 234.54 g 19) Peso de tara + suelo seco en horno 203.11 g 20) Peso de tara 127.2 g 21) Peso de agua (18-19) 31.43 g 22) Peso de suelo seco (19-20) 75.91 g 23) Contenido de humedad final (21/22 x 100) 41.4% 24) Saturación final de ensayo 100% Relación de vacíos inicial 25) Volumen de sólidos en el espécimen (22/12) 27.91 cm3 26) Volumen inicial del espécimen (5) 62.76 cm3 27) Volumen de vacíos inicial en el espécimen (26-25) 34.85 cm3 28) Relación de vacíos inicial, eo (27-25) 1.249



31

3.- Datos de tiempo versus deformación (1) Para incremento de presión de 0 a 0.25 kg/cm2

Fecha Hora Intervalo de tiempo (min)

Deformación del dial (cm)

6/8/2007 9:15 a.m. 0 0

9:15.1 0.1 0.017018

9:15.25 0.25 0.017526

9:15.5 0.5 0.018034

9:16 1 0.019558

9:17 2 0.021336

9:19 4 0.02413

9:23 8 0.027178

9:30 15 0.03048

9:45 30 0.033528

10:15 60 0.036576

11:15 120 0.038608

1:15 p.m. 240 0.040132

5:15 480 0.04064

6/9/2007 8:15 a.m. 1380 0.041148

11:15 1560 0.041148

Los datos de tiempo versus deformación dados en la tabla son para incremento de carga de 0 a 0.25 kg/cm2. La data para otros incrementos de carga no se muestran por espacio. Para cada incremento de carga graficar tiempo versus lectura del dial. Hay dos métodos para graficar esta data, el método de Taylor y el método de Casagrande.



32

Método de Taylor Graficar las lecturas del dial versus la raíz cuadrada del tiempo (en minutos), para

cada incremento de carga.

Extender la curva al tiempo cero. La ordenada correspondiente al tiempo cero,

representa el 0% de consolidación. Trazar una línea recta que alinee las primeras lecturas. La intersección con la

abscisa se mide y se le asigna la letra a. Trazar una segunda línea recta desde 0 hasta la abscisa correspondiente a 1.15a

. La intersección de la nueva línea con la curva experimental corresponde a la

90t , donde t90, es el tiempo asociado al 90% de consolidación. Calcular el coeficiente de consolidación Cv, con la siguiente fórmula:

90

2848.0t

HCv =

Lectura del dial

t , min

a

0

1.15a

Curva experimental



33

Método de Casagrande El método de Casagrande es otra forma de graficar los datos experimentales pero a escala semilogarítmica.

Graficar las lecturas de dial vs. el logaritmo del tiempo (en minutos) para cada

incremento de carga o presión conforme el ensayo se ejecuta. Trazar una línea recta que alinee las últimas lecturas, línea A. Trace ahora una

segunda línea recta tangente al tramo de mayor pendiente de la curva, Línea B. La intersección representa el tiempo t100, correspondiente al 100% de consolidación. La compresión que ocurre antes del 100% de consolidación se denomina consolidación primaria, la compresión después del 100% de consolidación se define como consolidación secundaria.

Para determinar el inicio de la parábola, Casagrande propone el siguiente método: elija un punto cualquiera al inicio de la parábola, t1. Ubique en la abscisa el punto correspondiente a 4t1. Trace dos líneas verticales desde ambos puntos hasta interceptar la curva experimental. La diferencia vertical entre los dos puntos es a, ubicar su imagen. Por el punto ubicado trazar la línea C que llegue hasta el eje vertical. En el punto hallado se ubicará la lectura del dial cero, L0.

La deformación correspondiente al 50% de consolidación primaria es:

Curva experimental

Lectura del dial

Log t

Línea A

Línea B

t100

L100

t1 4t1

a

a Línea C L0

L50

t50



34

21000

50LL

L+

=

Ubicar en el eje vertical L50, trazar una línea horizontal que interseque la curva

experimental. Desde el punto hallado trazar una línea vertical que llegue al eje horizontal. El punto hallado será el tiempo asociado al 50% de consolidación, t50.

Calcular el coeficiente de consolidación con la siguiente ecuación:



35

CURVA DE CONSOLIDACIÓN PARA 0.25 kg/cm2

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

0.045

0.050

0.1 1.0 10.0 100.0 1,000.0 10,000.0

Tiempo (min)

Lect

ura

de d

ial(c

m)

100% de consolidación, L100=0.040



t50=8.2 min

tH 1960. = c

50

2v

Para el ejemplo de aplicación t50=8.2 min.



36

C) Relación de vacíos (1) Relación de vacíos inicial, e0 (de la parte 2, (28)) 1.249 (2) Volumen de sólidos en el espécimen, Vs (de la parte 2, (25)) 27.91 cm3 (3) Área del espécimen, A (de la parte A, (3)x2.542) 31.68 cm2

(4) Altura de los sólidos en el espécimen, Hs ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛)3()2( 0.881 cm

Para el primer incremento de carga se tiene que la relación de vacíos es 1.203 como se muestra en la tabla. Realizar el mismo análisis para los demás incrementos y decrementos de carga.

Presión, p (kg/cm2)

dial al inicio de la

primera carga (cm.)

Dial correspondiente al 100%

de la consolidación primaria (cm.)

Variación de altura en

espécimen, ∆H (cm)

Variación en la

relación de vacíos ∆e

sHHe ∆=∆

Relación de vacíos,

e [e=e0-∆e)

(5) (6) (7) (8)=(7)-(6) )4(

)8()9( = (10)=(1)-(9)

0 0 0 0 0 1.249

0.25 0 0.0401 0.0401 0.046 1.203

0.50 0 0.0721 0.0721 0.082 1.167

1.00 0 0.1245 0.1245 0.141 1.108

2.00 0 0.1933 0.1933 0.219 1.030

4.00 0 0.2908 0.2908 0.330 0.919

8.00 0 0.4013 0.4013 0.456 0.793



37

CURVA DE COMPRESIBILIDAD

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

0.1 1 10


Rel

ació

n de

vac

íos,

e



38

D) Coeficiente de Consolidación

Presión, p (lb/pie2)

Altura del espécimen al

inicio del ensayo, Ho

(cm.)

Lectura del dial de deformación al

50% de consolidación

(cm.)

Espesor del espécimen al 50% de consolidacióna

(cm.)

Altura de drenaje al 50% de

consolidación (cm.)

Periodo para 50% de

consolidación (min)

Coeficiente de consolidación

(cm2/min.)

(1)

(2)

[de parte 2, (4)]

(3)

[de la curva de consolidación]

(4)=(2)-(3)

(5)=( )24

(6) [de la curva

de consolidación]

(7)=( )

( )65196.0 2×

0 1.98 -.- -.- -.- -.- -.-

0.25 1.98 0.0274 1.9526 0.9763 8.2 0.0228

0.50 1.98 0.0592 1.9208 0.9604 6.4 0.0282

1.00 1.98 0.1011 1.8789 0.9395 4.0 0.0433

2.00 1.98 0.1636 1.8164 0.9082 3.4 0.0475

4.00 1.98 0.2494 1.7306 0.8653 3.5 0.0419

8.00 1.98 0.3523 1.6277 0.8139 4.0 0.0325 a La práctica común es ajustar el dial a cero al inicio del ensayo, antes de la primera carga. Si este no es el caso, la lectura del dial al inicio del ensayo (antes de la primera carga), debe restarse de cada valor ingresado en la columna (4) para obtener la altura real del especimen al 50% de consolidación.

Guía de Laboratorio Mecánica de Suelos II


39

CURVA PRESION VERSUS COEFICIENTE DE CONSOLIDACION

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0.1 1 10 100


Coef

icie

nte

de c

onso

lidac

ión,

Cv

(cm2 /m

in x

10

-2)



40

Capítulo 3 Resistencia a la compresión de Suelos

no Cohesivos



41

3.1 Ensayo de Corte Directo ASTM D 3080

INTRODUCCIÓN La resistencia cortante de suelos no cohesivos se puede determinar con la siguiente ecuación:

'' φσ tgS n= Donde el esfuerzo normal efectivo '

nσ es el esfuerzo efectivo que actúa

perpendicular a la superficie de falla. El ángulo de fricción efectivo 'φtg es una propiedad del suelo que se determina con ensayos de laboratorio. El ensayo de corte directo, Coulomb 1776, permite medir la resistencia cortante drenada del suelo (resistencia cortante basada en esfuerzos efectivos). En la foto 3.1 se observa el equipamiento. El ensayo consiste en hacer fallar el suelo por un plano horizontal.

Foto 3.1: Equipo de corte directo

PvPH

Plano medio

Sentido de desplazamiento de la base



42

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO En la caja de corte directo seco y limpio se colocan placas ranuradas que permitan el drenaje del agua durante el ensayo, luego se coloca piedra porosa y papel filtro. Seguidamente, se coloca la muestra de suelo, papel filtro y otra piedra porosa. La relación lado/altura del especimen es 2.5. Se aplica una carga de contacto al espécimen, llenar el depósito con agua al ras. Tomar lectura del deformímetro antes y después de aplicar la carga de contacto. La velocidad del corte debe ser lo suficientemente lenta para garantizar la completa disipación del exceso de presión de poros. Determinando el tiempo de falla, se puede calcular la velocidad del ensayo:

50 50)( ttfalladeTiempo f = donde t50 es el tiempo requerido para que la muestra alcance el 50% de consolidación bajo el esfuerzo normal aplicado. Para arenas limpias densas que drenan rápidamente , se puede considerar un valor de 10 min para tf. La tasa de deformación se calculará con la siguiente ecuación:

f

fr t

dd =

donde dr es la tasa de desplazamiento (mm/min), df es el desplazamiento estimado para alcanzar la falla (mm), tf es el tiempo total estimado para la falla. Antes de aplicar la fuerza horizontal verificar los diales de desplazamiento horizontal y el anillo de carga. Una vez aplicada la fuerza horizontal a la velocidad de ensayo, tomar lecturas de los desplazamientos vertical y horizontal y del anillo de carga. A continuación se muestra un ejemplo de aplicación. EJEMPLO DE APLICACION Datos del Espécimen para esfuerzo normal de 0.25 kg/cm2 Muestra Remoldeada SUCS SP Diámetro 6.35 cm. Altura 2.54 cm. Peso del espécimen antes del ensayo 161.52 g. Humedad inicial 18.7% γd, gr/cm3 1.69



43

Humedad final 32% Datos del ensayo de corte Fuerza normal aplicada 8 kg

Esfuerzo normal especimendelAreanormalFuerza

0.25 kg/cm2

Velocidad de corte 1.27 mm/min Corrección del anillo de carga 56 kg/mm

Lectura del dial

Vertical (mm)

Lectura desplazamiento horizontal (mm)

Lectura del anillo

de carga (mm)

0 0 0

0.0762 0.635 0.0762

0.127 1.27 0.16002

0.1778 1.905 0.25908

0.2032 2.54 0.31496

0.2286 3.175 0.36068

0.2413 3.81 0.3937

0.254 4.445 0.41402

0.254 5.08 0.42164

0.2794 5.588 0.41402

0.2921 6.096 0.40386

0.2921 6.604 0.381

Realizar el ensayo para 3 esfuerzos normales diferentes, siendo cada uno de ellos el doble del anterior. CALCULOS En la siguiente tabla se muestra el procedimiento de cálculo para los datos proporcionados, preparar la misma tabla para los demás esfuerzos ensayados.



44

Para Esfuerzo Normal de 0.25 kg/cm2

Lectura del dial Vertical

(mm)

Lectura desplazamiento horizontal (mm)

Lectura del anillo de carga

(mm)

Fuerza horizontal

(kg)

Area del espécimen

(cm2)

Esfuerzo de corte (kg/cm2)

(1) (2) (3) (4)=(3)x

corrección del anillo

(5)= área inicial del

especimen

(6)=(4)/(5)

0 0 0 0.000 31.67 0.0000

0.0762 0.635 0.0762 4.267 31.67 0.1347

0.127 1.27 0.16002 8.961 31.67 0.2830

0.1778 1.905 0.25908 14.508 31.67 0.4581

0.2032 2.54 0.31496 17.638 31.67 0.5569

0.2286 3.175 0.36068 20.198 31.67 0.6378

0.2413 3.81 0.3937 22.047 31.67 0.6962

0.254 4.445 0.41402 23.185 31.67 0.7321

0.254 5.08 0.42164 23.612 31.67 0.7456

0.2794 5.588 0.41402 23.185 31.67 0.7321

0.2921 6.096 0.40386 22.616 31.67 0.7141

0.2921 6.604 0.381 21.336 31.67 0.6737

Realizado el mismo procedimiento para otros esfuerzos normales, graficar desplazamiento horizontal vs. Esfuerzo cortante y desplazamiento horizontal vs. Desplazamiento vertical.



45

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 2 4 6 8 10

Desplazamiento horizontal (mm)

Esfu

erzo

cor

tant

e (k

g/cm

2)

0.0

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0 2 4 6 8 10

Desplazamiento horizontal (mm)

Des

plaz

amie

nto

vert

ical

σn=0.25 kg/cm2σn=0.50 kg/cm2

σn=1.00 kg/cm2

0.75 kg/cm2 0.8 kg/cm2 0.86 kg/cm2



46

Luego graficar esfuerzo cortante máximo versus esfuerzo normal

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4Esfuerzo normal (kg/cm2)

Esf

uerz

o de

cor

te (k

g/cm

2

Curva Esfuerzo Cortante Máximo versus Esfuerzo Normal

φ=18º c= 0.71 kg/cm2



47

3.2 Compresión Triaxial Consolidado Drenado CD

INTRODUCCIÓN Este método permite determinar la resistencia a la compresión consolidado drenado de muestras cilindrícas de suelos granulares inalteradas (aunque es muy difícil la obtención de muestras inalteradas, se puede medir la densidad de campo y remoldear a esa densidad) y para suelos granulares que serán compactados. En este tipo de ensayo primero se consolida completamente el suelo bajo un estado de esfuerzo inicial (esfuerzo confinante). Después, se aplica el esfuerzo axial muy lentamente para que las presiones de poros generados puedan tener tiempo de disiparse (consolidación) o la carga axial se aplica en incrementos pequeños manteniendo cada incremento hasta que las presiones de poro se hayan disipado antes de aplicar el siguiente incremento.

Este procedimiento de ensayo se utilizará cuando el suelo en el campo drena relativamente rápido durante la aplicación de cargas de construcción (suelos granulares muy permeables), o cuando el suelo tiene tiempo suficiente para drenar bajo una carga aplicada muy lentamente. Aquí, la resistencia cortante se determinará cuando la disipación de la presión de poros y el drenaje en el campo hayan ocurrido, prevaleciendo la condición drenada. DEFINICION DE TERMINOS Falla Por lo general la falla se define como el valor máximo alcanzado (esfuerzo desviador máximo) o el esfuerzo desviador máximo al 15% de deformación, la que se obtenga primero. Resistencia a la compresión consolidado drenado valor del esfuerzo desviador en falla. EQUIPOS Prensa de carga Equipo que permite aplicar carga axial al espécimen a velocidad controlada. Dispositivo para medir de carga La carga axial puede medirse con un anillo de carga, celda de carga electrónica, celda de carga hidráulica u otro. Celda triaxial La celda debe ser capaz de soportar presiones de cámara y contrapresión. Para mayor detalle revisar el Manual de Operación de equipo Triaxial.



48

Pistón de carga El pistón de carga pasa a través de la tapa de la celda y toma contacto con la tapa de la muestra. Panel de control Conformado por buretas y controlares de presión y vacíos, es el equipo que permite controlar el ensayo.

Piedra porosa

O rings

tapa

celda

Barra de ajuste



49

PANEL DE CONTROL

Cortesía OM Ingeniería y Laboratorio Para mayor detalle revisar el Manual de Operación de Equipo Triaxial, donde se detallan las partes del equipo, preparación y colocación de especimenes, llenado de la celda, aplicación de cargas de confinamiento, etc.

G

Bureta Bureta Bureta

Regulador 1 Regulador 2 Regulador 3

Q

P

O

N

F

K

E

I

H

J L R

MS

A

B

C



50

ESPECIMENES DE ENSAYO Tamaño.- Las muestras son cilíndricas con diámetro mínimo de 33 mm. La relación altura/diámetro se encuentra entre 2 y 2.5. La partícula de mayor tamaño será menor que 1/6 del diámetro del espécimen. Si después de terminar un ensayo se encuentra que partículas de mayor tamaño están presentes, indique esta información en el reporte de datos. Muestras.- Para el caso de muestras remoldeadas, prepararlas en un molde de sección circular, que tenga las dimensiones que cumplan la norma. Los especímenes compactados pueden ser preparados a cualquier densidad y contenido de humedad predeterminados, y si se requiere pueden ser saturados antes de ensayarse. Después que se ha formado el espécimen, enrase los extremos perpendiculares al eje longitudinal, remuévalo del molde y determine su peso. MONTAJE DEL ESPECIMEN Preliminar Antes de montar el espécimen en la celda triaxial, siga los siguientes pasos:

1. Verificar que la membrana no tenga hueco. 2. Coloque la membrana en el expansor. 3. Verifique que las piedras porosas y las líneas de drenaje no están obstruidas,

haciendo pasara agua o aire. 4. Conectar las líneas de drenaje al panel de control y el lector de presión de poros

a la celda. Montaje Colocar el espécimen en la celda, de la siguiente manera:

1. Coloque la piedra porosa en la base y luego papel filtro. Cuidadosamente coloque el espécimen; finalmente coloque papel filtro y piedra porosa.

2. Coloque la tapa sobre la muestra y verifique que todo esté centrado con la base. Membrana de jebe Colocar la membrana rodeando el espécimen y ajústela a la base y tapa con O-rings. Para sellar la membrana, se puede colocar una capa delgada de grasa en la base y tapa. Líneas de drenaje Ajustar las líneas de drenaje y verificar el alineamiento del espécimen.



51

PROCEDIMIENTO Antes del ensayo Luego de cerrar la celda triaxial siga los siguientes pasos:

1. En el panel de control verificar que las buretas estén llenas de agua desaireada. 2. Acercar el pistón de carga a la tapa de la muestra y tomar contacto. Durante

este proceso no se debe aplicar cargas que excedan 0.5% de la carga axial estimada en falla. Ajustar fuertemente el pistón.

3. Colocar un conector al vacío en la tapa de la celda y luego llenarla agua, no dejar aire en el interior.

4. Retirar el conector al vacío. Consolidación El objetivo de la consolidación en el ensayo, es permitir que el espécimen alcance un equilibrio en condición drenada al esfuerzo efectivo de ensayo. Durante la consolidación se deben tomar datos que permitan determinar la tasa de deformación y el final de la consolidación.

1. Aplicar el confinamiento a la muestra, mantener abiertas las válvulas de drenaje de la celda, para permitir que el exceso de presión de poros se disipe. Al ser una muestra granular la disipación de los excesos ocurre en un corto período de tiempo. Durante esta etapa la muestra pierde volumen, esta condición se puede verificar con la 1era bureta. Cuando no exista variación de volumen, habrá concluido la consolidación.

Corte

Durante la etapa de corte, la presión de celda permanece constante y se permite el drenaje de la muestra.

1. Abrir la válvula correspondiente al medidor de presión de poros. 2. Coloque la celda triaxial en la prensa de carga. Con mucho cuidado alinear el

pistón con la celda de carga para no aplicar fuerza laterales durante el corte. 3. Acercar el pistón de carga que se encuentra en contacto con la muestra con la

celda de carga. Tener cuidado de no aplicar cargas axiales al espécimen que excedan el 0.5% de carga axial estimada en falla.

4. Verificar que la lectura de presión de poros se estabilice. Tomar lectura con una aproximación de 0.7 kPa. Durante la etapa de corte verificar que no se incremente el valor de la presión de poros.

5. Aplicar la carga axial usando una tasa de deformación que permita la estabilización de la presión de poros durante el corte. El ensayo triaxial CD no está normado por la ASTM, por lo que se recomienda, que la tasa de deformación sea 0.02%/min, o lo suficientemente lenta para permitir que durante el corte la presión de poros se mantenga constante. Registre los



52

valores de carga y deformación con tres dígitos significativos cada 0.1 hasta 1% de deformación, luego tome lecturas a incrementos de 0.5% de deformación hasta 5%; finalmente, tome lecturas cada 1% de deformación. Luego de completado el ensayo retire la muestra de la celda, tomar una fotografía del espécimen mostrando el modo de falla. Determine el contenido de humedad usando la muestra completa si es posible.

6. Medir la variación de volumen en la bureta 1 durante la etapa de corte. RETIRAR EL ESPECIMEN

1. Retirar la carga axial y reduzca la presión de celda y contra presión a cero. 2. Con las válvulas de drenaje cerradas, rápidamente retire el espécimen de la

celda, para que la muestra no absorba agua de las piedras porosas. 3. Retire la membrana y los papeles filtro. 4. Tome foto al espécimen mostrando el modo de falla. 5. Determine la humedad tomando la muestra total. Si la muestra tiene agua libre,

esta debe eliminarse antes de tomar la muestra para la humedad. CALCULOS 1. Calcule la deformación axial, ε, para una carga axial aplicada dada, como sigue:

L

L = o

∆ε

donde: ∆L = cambio en la longitud del especimen como se lee en el

indicador de deformación, y Lo = longitud inicial del especimen de prueba L cuando el pistón

contacta con la tapa del especimen. 2. Calcule el área corregida, Ac, para una carga axial aplicada dada como sigue:

) - 1 ( A =A o

εc

donde: Ao = área inicial promedio de la sección transversal del

especimen, y ε = deformación axial para la carga axial dada. 3. Calcule el esfuerzo desviador, para una carga axial aplicada como sigue:

cd A

P = σ



53

donde: P = carga axial aplicada dada (corregida por levantamiento y

fricción del pistón, si se requiere) (ver sección 7.1), y Ac = área corregida. 4. Curva Esfuerzo - Deformación.- Grafique la relación esfuerzo desviador (en la

ordenadas) y deformación axial (abscisa). Seleccione el esfuerzo desviador y deformación axial en falla, de acuerdo con las definiciones antes mencionadas.

5. Corrección por Resistencia de la Membrana.- La ecuación siguiente puede ser

usada para corregir la resistencia a la compresión por efecto de la membrana, si el error en el esfuerzo desviador debido a la resistencia de membrana excede al 5%:

D 4

= ) - ( 131

εσσ mmtE

∆

donde: ∆(σ1 - σ3) corrección a ser substraída de resistencia a la

compresión medida. D diámetro inicial del espécimen, considerando el área

corregida Em módulo de Young para el material de la membrana tm espesor de la membrana ε1 deformación axial. 6. Módulo de Young de la membrana.- El módulo de la membrana puede calcularse

con la siguiente ecuación:

LAFLEm

m ∆=

donde: Em módulo de Young para el material de la membrana F fuerzo aplicada para confinar la membrana Am espesor inicial de la membrana multiplicado por el

ancho de L longitud no confinada de la membrana DL variación en la longitud de la membrana debido a la

aplicación de F. Un valor típico de Em para membranas de látex es 1400 kN/m2.

7. Calcule los esfuerzos principales mayor y menor para cada nivel de deformación. 8. Calcule el grado de saturación de la muestra usando el peso inicial y dimensiones.



54

INFORME DE LABORATORIO El informe de laboratorio deberá contener los siguientes datos:

1. Identificación visual y manual de la muestra, incluyendo su clasificación SUCS. Si el especimen es inalterado, remoldeado o compactado, etc.

2. Densidad seca y contenido de humedad antes del ensayo. 3. Grado de saturación del espécimen. 4. Altura y diámetro del espécimen. 5. Relación altura/diámetro. 6. Tasa de deformación. 7. Curva esfuerzo – deformación. 8. Resistencia a la compresión y porcentaje de deformación axial en falla.

Valores de los esfuerzos principales menor y mayor en la falla, circulo de Mohr. 9. Foto. 10. Observaciones; anotar cualquier condición inusual u otra información que sería

necesario considerar para interpretar apropiadamente los resultados obtenidos.



55

Ejemplo de Aplicación

ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL CONSOLIDADO - DRENADO (CD)

Ensayo triaxial CD en grava bien gradada con arenas: 1.- Características de todos los especimenes antes del ensayo

Condiciones Inicial Final Altura cm 20.3 20.3 Diámetro cm 10.0 10.0 Peso de muestra gr 3095 3095 Humedad % 5.8 5.8 Densidad Seca gr/cm3 1.835 1.835

2.- Resultado del ensayo de corte drenado

Espécimen 1 σc=0.75 kg/cm2


Espécimen 3 σc=3.0 kg/cm2 dial def (mm)

anillo carga (kN)

0 0 0 0 1 0.31 0.49 0.58 2 0.59 0.81 1.08 3 0.77 1.06 1.57 4 0.89 1.31 1.98 5 1.01 1.54 2.39 6 1.12 1.77 2.76 7 1.21 1.97 3.12 8 1.28 2.16 3.51 9 1.36 2.34 3.82

10 1.44 2.53 4.13 11 1.5 2.7 4.42 12 1.57 2.84 4.71 13 1.63 3.02 5.01 14 1.68 3.16 5.27 15 1.74 3.3 5.5 16 1.79 3.45 5.82 17 1.85 3.56 6.06 18 1.88 3.67 6.34 19 1.94 3.81 6.59 20 1.99 3.92 6.78 21 2.03 4.03 7.04 22 2.07 4.12 7.29 23 2.11 4.22 7.51 24 2.15 4.32 7.72 25 2.19 4.47 7.88 26 2.23 4.55 8.07



56

27 2.27 4.63 8.26 28 2.31 4.72 8.39 29 2.35 4.83 8.55 30 2.39 4.91 8.71

PREPARAR LAS SIGUIENTES TABLAS Y GRAFICOS 1.- Preparar 3 tablas (una para cada uno de los especimenes) en la que se consigne la siguiente información:

dial def (mm)

anillo carga (kN)

anillo carga (kg)

Deform axial (%)

Area corregida

cm2

Desviad (kg/cm2)

Velocidad de corte: 0.5 mm/min Para el primer espécimen de 0.75 kg/cm2 se tiene:

dial def (mm)

anillo carga (kN)

anillo carga (kg)

Deform axial (%)

Area correg.

cm2 Desviad (kg/cm2)

0 0.00 0.00 0.00 78.54 0.00 1 0.31 31.63 0.49 78.93 0.40 2 0.59 60.20 0.99 79.32 0.76 3 0.77 78.57 1.48 79.72 0.99 4 0.89 90.82 1.97 80.12 1.13 5 1.01 103.06 2.46 80.52 1.28 6 1.12 114.29 2.96 80.93 1.41 7 1.21 123.47 3.45 81.34 1.52 8 1.28 130.61 3.94 81.76 1.60 9 1.36 138.78 4.43 82.18 1.69

10 1.44 146.94 4.93 82.61 1.78 11 1.50 153.06 5.42 83.04 1.84 12 1.57 160.20 5.91 83.47 1.92 13 1.63 166.33 6.40 83.91 1.98 14 1.68 171.43 6.90 84.36 2.03 15 1.74 177.55 7.39 84.81 2.09 16 1.79 182.65 7.88 85.26 2.14 17 1.85 188.78 8.37 85.72 2.20 18 1.88 191.84 8.87 86.18 2.23 19 1.94 197.96 9.36 86.65 2.28 20 1.99 203.06 9.85 87.12 2.33 21 2.03 207.14 10.34 87.60 2.36 22 2.07 211.22 10.84 88.09 2.40 23 2.11 215.31 11.33 88.58 2.43 24 2.15 219.39 11.82 89.07 2.46 25 2.19 223.47 12.32 89.57 2.49 26 2.23 227.55 12.81 90.08 2.53 27 2.27 231.63 13.30 90.59 2.56



57

28 2.31 235.71 13.79 91.11 2.59 29 2.35 239.80 14.29 91.63 2.62 30 2.39 243.88 14.78 92.16 2.65

2.- Graficar las curvas Esfuerzo desviador versus deformación, como se muestra en el siguiente gráfico. 3.- Graficar los círculos de Mohr en falla, determine la cohesión y fricción.

ESFUERZO vs DEFORMACION

0

2

4

6

8

10

12

0 4 8 12 16 20Deformación Axial (%)

Esfu

erzo

Des

viad

or (k

g/cm

2

.75 kg/cm21.5 kg/cm23 kg/cm2

18 20

CIRCULO DE MOHR

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2 4 6 8 10 12 14 16Esfuerzo Axial (kg/cm2)

Esfu

erzo

de

Corte

(kg/

cm2

φc = 0.09 kg/cm2

φ = 38.1º

c



58

Fotos al final del ensayo Cortesía OM Ingeniería y Laboratorio

0.75 kg/cm2 1.5 kg/cm2 3.0 kg/cm2



59

Capitulo 4 Resistencia a la compresión de suelos

cohesivos



60

4.1 RESISTENCIA A LA COMPRESION NO-CONFINADA

DE SUELOS COHESIVOS ASTM D 2166-00

INTRODUCCIÓN Este método de ensayo permite determinar la resistencia a la compresión no confinada en muestras inalteradas o remoldeadas de suelos cohesivos, se expresa en términos de esfuerzos totales. El ensayo de compresión no confinada, también conocido como ensayo de compresión simple, consiste en aplicar un esfuerzo desviador a una muestra cilíndrica de suelo no confinado. Este método se aplica solamente a suelos cohesivos que no expulsarán agua durante el corte. La norma ASTM D 653-03 define como suelo cohesivo a aquellos suelos que secados al aire y sin confinamiento tienen cierta resistencia; y que tienen significativa cohesión cuando se sumergen. “La resistencia cortante de una masa de suelo es la resistencia interna que el suelo ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano de falla”1. Para deformaciones pequeñas el comportamiento del suelo es elástico, es decir, existe una relación lineal entre la presión transmitida y las deformaciones producidas, un ejemplo de ello son las cimentaciones, donde las presiones transmitidas son bajas. En falla el suelo tiene un comportamiento plástico, la falla se debe a que las presiones aplicadas son altas ocasionando que la deformación sea incontrolable. Resistencia a la compresión no-confinada (qu) se define como la carga por unidad de área a la cual un espécimen cilíndrico de suelo fallará. En estos métodos de ensayo se toma la resistencia a la compresión no-confinada como la carga máxima alcanzada, o la carga al 15% de deformación axial, la que se obtenga primero durante un ensayo. APARATOS Prensa de Carga.- equipo de compresión con suficiente capacidad y control para proporcionar la velocidad de carga. Para un suelo con una resistencia a la compresión no-confinada menos de 1.0 ton/pie² (100 kPa), el equipo deberá ser capaz de medir la carga con una precisión de 0.01 ton/pie² (1 kPa). Para un suelo con una resistencia a la compresión de 1.0 ton/pie² o mayor, el equipo deberá ser capaz de medir la carga con aproximación de 0.05 ton/pie² (5 kPa).

1 Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Braja Das, 1999.



61

Extractor de Muestra.- Deberá ser capaz de extraer el testigo de suelo del tubo muestreador en la misma dirección del recorrido de la muestra en el tubo y con perturbación mínima a la muestra. Dial de Deformación.- El dial de deformación deberá ser un dial graduado a 0.001 pulg. (0.03 mm), teniendo un rango de movimiento de al menos el 20% de la longitud del espécimen, u otro dispositivo de medición que cumpla con estos requerimientos. Vernier.- Adecuado para medir las dimensiones físicas del espécimen con una aproximación de 0.01 pulg (0.25 mm). Cronómetro Horno.- Un horno controlado termostáticamente capaz de mantener una temperatura de 230±9°F (110±5°C), para el cálculo del contenido de humedad de las muestras. Balanzas.- Los especímenes de menos de 100 grs. deberán ser pesados con aproximación a 0.01 gr. mientras que los especímenes mayores de 100 grs. deberán ser pesados con aproximación a 0.1 gr. Misceláneo.- Herramientas para el tallado de los especímenes, aparato para el remoldeo, latitas para el contenido de humedad y hojas de cálculo, como sean requeridos. PREPARACION DE ESPECIMENES EN ENSAYO Los especímenes deberán tener un diámetro mínimo de 30 mm y el tamaño máximo de la partícula será menor que 1/10 del diámetro del espécimen. Para especímenes con diámetros de 72 mm o más, el tamaño máximo de la partícula deberá ser menor que 1/6 del diámetro del espécimen. Si finalizado el ensayo se encuentra partículas de mayor tamaño que el permitido menciónelo en el informe. La relación altura-diámetro deberá estar entre 2-2.5. Determine la altura y diámetro promedio de la muestra, tomar tres medidas como mínimo. Para el caso de muestras remoldeadas en un molde de sección circular, que tenga las dimensiones que cumplan la norma. Los especímenes compactados pueden ser preparados a cualquier densidad y contenido de humedad predeterminados, y si se requiere pueden ser saturados antes de ensayarse. En el informe debe reportarse si se saturó el espécimen. Después que se ha formado el espécimen, enrase los extremos perpendiculares al eje longitudinal, remuévalo del molde y determine su peso.



62

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Coloque el espécimen en el dispositivo de carga, de modo que esté centrado en la base. Ajuste el dispositivo de carga cuidadosamente de modo que la tapa superior contacte ligeramente con el espécimen. El indicador de deformación debe estar en cero. Aplique la carga para producir una deformación axial a una velocidad de 0.5 a 2%/minuto y registre los valores de carga y deformación. La tasa de deformación debe ser elegida de manera que se alcance la falla en menos de 15 min. Continúe con el ensayo hasta que los valores de carga disminuyan, o hasta que se alcance el 15% de la deformación. Determine el contenido de humedad de la fracción representativa. CALCULOS

• Calcule la deformación axial, ε, para una carga aplicada dada, como sigue:

ε = oLL∆

donde: ∆L = Variación de longitud del espécimen, como se lee en el dial

de deformación Lo = Longitud inicial del espécimen de prueba.

• Calcule el área corregida de la sección transversal, Ac, para una carga aplicada dada, como sigue:

)-(1A=A o

εc

donde: Ao = Area inicial promedio de la sección transversal del

espécimen ε = deformación axial

• Calcule la carga por unidad de área q, como sigue:

cAPq =

donde: P = carga aplicada dada A = área corregida correspondiente a la carga aplicada.



63

• Graficar la relación entre la carga unitaria y la deformación unitaria, graficando en la ordenada las cargas y en la abscisa las deformaciones. Seleccione el máximo valor de carga por unidad de área o la carga por unidad de área al 20% de deformación, la que ocurra primero, para reportarlo como la resistencia a la compresión no-confinada.

EJEMPLO DE APLICACIÓN MUESTRATipo InalteradaForma Cilindrico

CONTENIDO DE HUMEDAD (ω)

1 No tara 62 W tara (gr) 16.403 W tara+s húm (gr) 48.904 W tara+s seco (gr) 45.075 W agua : 3-4 (gr) 3.836 W s seco: 4-2 (gr) 28.677 ω : 100*5/6 (%) 13.36

DIMENSIONES DEL ESPECIMEN PROMEDIO1 Diámetro inicial, Do (cm) 7.060 7.062 7.178 7.1002 Altura inicial, Lo (cm) 16.666 16.666 16.666 16.6663 Area inicial, Ao (cm2) 39.5924 Relación altura a diámetro 2.3475 Peso de la muestra (gr) 1528.306 Volumen de la muestra (cm3) 659.847 Densidad natural (gr/cm3) 2.3168 Densidad seca (gr/cm3) 2.043

VELOCIDAD DE ENSAYO 2.000 mm/min

OBSERVACIONES SUCS CL



64

ENSAYO DE COMPRESION

Dial de Deformacion, ∆L(mm)

Deformación unitaria, ε(mm/mm)

Area transversal, A

(cm2)

Carga axial(kN)

Carga axial(kg) Carga

(kg/cm2)

Deformación unitaria, ε

(mm/mm)*10-3(1) (2)=∆L/Lo (3)=Ao/(1-ε) (4) (5) (6)=(5)/(3)0 0 39.592 0 0.0 0 0.0001 0.006 39.831 0.36 36.7 0.922 6.0002 0.012 40.073 0.75 76.5 1.910 12.0003 0.018 40.318 1.12 114.3 2.835 18.0014 0.024 40.565 1.46 149.0 3.673 24.0015 0.030 40.816 1.75 178.6 4.375 30.0016 0.036 41.070 1.99 203.1 4.944 36.0017 0.042 41.328 2.14 218.4 5.284 42.0028 0.048 41.588 2.19 223.5 5.373 48.0029 0.054 41.852 2.28 232.7 5.559 54.00210 0.060 42.119 2.36 240.8 5.718 60.00211 0.066 42.390 2.43 248.0 5.850 66.00312 0.072 42.664 2.48 253.1 5.932 72.00313 0.078 42.941 2.5 255.1 5.941 78.00314 0.084 43.223 2.41 245.9 5.690 84.00315 0.090 43.508 2.04 208.2 4.785 90.00416 0.096 43.797 1.82 185.7 4.240 96.00417 0.102 44.089 1.62 165.3 3.749 102.004

Fotos de la muestra antes y después del ensayo Cortesía de OM Ingeniería y Laboratorio

Foto antes de ensayo Foto final de ensayo



65

c= 2.641 (kg/cm2)φ= 0 (º)

CIRCULO DE MOHR

0

1

2

3

0 1 2 3 4 5 6Esfuerzo Axial (kg/cm2)

Esfu

erzo

de C

orte

(kg/

cm2

RELACION CARGA P OR AREA UNITARIA VERS US DEFORMACION UNITARIA

0

1

2

3

4

5

6

7

0 20 40 60 80 100 120Def or mación uni t ar ia , ( mm/ mm X 10- 3)

qu= 5.282 kg/cm2 COHESION, qu/2



66


1. Identificación visual y manual de la muestra, incluyendo su clasificación SUCS.

2. Densidad seca y contenido de humedad antes del ensayo. 3. Grado de saturación del espécimen. 4. Altura y diámetro promedio del espécimen 5. Relación altura/diámetro. 6. Resistencia a la compresión no confinada (qu) y Resistencia cortante (Su) 7. Módulo elástico. 8. Tasa de deformación. 9. Porcentaje de deformación en falla. 10. Foto. 11. Tamaño máximo de partícula.



67

4.2 COMPRESION TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO UU

EN SUELOS COHESIVOS ASTM D 2850-03a

INTRODUCCIÓN Este método permite determinar la resistencia a la compresión no consolidada no drenada (Unconsolidated – Undrained) de muestras cilindrícas de suelos cohesivos en condiciones inalteradas o remoldeadas. En este tipo de ensayo no se permite consolidar al espécimen durante el estado de esfuerzo inicial (de aquí el término no consolidado), ni drenar durante el corte (de aquí el término no drenado). Esta condición de ensayo se utiliza para medir la resistencia cortante del suelo cuando la carga en el campo será lo suficientemente rápida para que no ocurra drenaje significativo y cambio en el contenido de humedad. Este ensayo representa muy bien el comportamiento de suelos finos saturados sometidos a cargas rápidas donde prevalece la condición no drenada.

Al considerar la resistencia no drenada es importante analizar la influencia de la generación de las presiones de poro generadas en el suelo:

• La resistencia no drenada (falla rápida) es la condición más desfavorable (resistencia menor) en suelos finos saturados de comportamiento plástico que tienden a comprimirse durante la falla (arcillas blandas o normalmente consolidadas) debido a la generación de presiones de poro positivas.

• La resistencia no drenada (falla rápida) no será la condición más desfavorable en suelos finos saturados de comportamiento rígido (arcillas duras o sobreconsolidadas) que tienden a expandirse durante la falla debido a la generación de presiones de poro negativas. En este caso la resistencia cortante no drenada será mayor, recomendándose en este caso un ensayo del tipo drenado.

• No debemos olvidar que la generación de presiones de poro durante el corte es temporal ya que estas presiones se disiparán en un proceso que implica flujo de agua en el interior del suelo. Por lo tanto la resistencia del suelo varía con el tiempo bajo una misma carga externa impuesta.

DEFINICION DE TERMINOS Falla Por lo general la falla se define como el valor máximo alcanzado (esfuerzo desviador máximo) o el esfuerzo desviador máximo al 15% de deformación, la que se obtenga primero.



68

Resistencia a la compresión no consolidado no drenado valor del esfuerzo desviador en falla EQUIPOS Prensa de carga Equipo que permite aplicar carga axial al espécimen a velocidad controlada. Dispositivo para medir de carga La carga axial puede medirse con un anillo de carga, celda de carga electrónica, celda de carga hidráulica u otro. Celda triaxial La celda debe ser capaz de soportar presiones de cámara y contrapresión. Para mayor detalle revisar el Manual de Operación de equipo Triaxial.

Piedra porosa

O rings

tapa

celda

Barra de ajuste



69


PANEL DE CONTROL Cortesía OM Ingeniería y Laboratorio

G



Q

P

O

N

F

K

E

I

H

J L R

MS

A

B

C



70

Para mayor detalle revisar el Manual de Operación de Equipo Triaxial, donde se detallan las partes del equipo, preparación y colocación de especimenes, llenado de la celda, aplicación de cargas de confinamiento, etc. ESPECIMENES DE ENSAYO Tamaño.- Las muestras son cilíndricas con diámetro mínimo de 33 mm. La relación altura/diámetro se encuentra entre 2 y 2.5. La partícula de mayor tamaño será menor que 1/6 del diámetro del espécimen. Si después de terminar un ensayo se encuentra que partículas de mayor tamaño están presentes, indique esta información en el reporte de datos. Muestras.- Para el caso de muestras inalteradas, estas deben ser talladas en el cortador evitando la pérdida de humedad, determine la altura y diámetro promedio de la muestra, tomar tres medidas como mínimo. Para el caso de muestras remoldeadas, prepararlas en un molde de sección circular, que tenga las dimensiones que cumplan la norma. Los especímenes compactados pueden ser preparados a cualquier densidad y contenido de humedad predeterminados, y si se requiere pueden ser saturados antes de ensayarse. En el informe debe reportarse si se saturó el espécimen. Después que se ha formado el espécimen, enrase los extremos perpendiculares al eje longitudinal, remuévalo del molde y determine su peso. MONTAJE DEL ESPECIMEN Preliminar Antes de montar el espécimen en la celda triaxial, siga los siguientes pasos:

1. Verificar que la membrana no tenga hueco. 2. Coloque la membrana en el expansor. 3. Verifique que las piedras porosas y las líneas de drenaje no están obstruidas,



1. Coloque el disco liso en la base y luego papel filtro. Cuidadosamente coloque el espécimen; finalmente coloque papel filtro y disco liso.

2. Coloque la tapa sobre la muestra y verifique que todo esté centrado con la base. Membrana de jebe Colocar la membrana rodeando el espécimen y ajústela a la base y tapa con O-rings. Para sellar la membrana, se puede colocar una capa delgada de grasa en la base y tapa.



71

Líneas de drenaje Ajustar las líneas de drenaje y verificar el alineamiento del espécimen. PROCEDIMIENTO

1. Sobre la base colocar disco liso, papel filtro y luego la muestra a ensayar. 2. Colocar la membrana en el expansor de membranas, succionar el aire atrapado

entre la membrana y el expansor. 3. Coloque la membrana de jebe rodeando la muestra y libérela del expansor. 4. En la parte superior de la muestra se coloca papel filtro y disco liso. Fije la

muestra en la base y tapa con O-rings. 5. Verificar los O-rings de la base y tapa de la celda y añadirle una ligera capa de

grasa de vacío. 6. Cierre la celda triaxial, ajustar el pistón en contacto con la muestra y luego llene

la celda con agua según lo indicado en el Manual de Operación de Equipo Triaxial.

7. Cerrar las válvulas de drenaje de la celda y aplicar el confinamiento a la muestra, esperar aproximadamente 10 minutos para estabilizar la presión de poros antes de la aplicación de la carga axial.

8. Trasladar la celda triaxial a la prensa de carga. El dispositivo de carga debe ser colocado cuidadosamente.

9. Todos los lectores (de deformación y carga) deben estar en cero. Aplicar la carga manteniendo las válvulas de drenaje cerradas.

TASA DE DEFORMACION Y REGISTRO DE DATOS Aplicar la carga axial a una velocidad que produzca una deformación de aproximadamente 1%/min para materiales plásticos y 0.3%/min para materiales frágiles que alcanzan el esfuerzo desviador máximo aprox. en 3 a 6% de deformación. A esa tasa, el tiempo necesario para alcanzar el esfuerzo desviador máximo es de 15 a 20 minutos. Continúe con el proceso de carga hasta el 15% de deformación axial. Registre los valores de carga y deformación con tres dígitos significativos a 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 y 0.5% de deformación, luego tome lecturas a incrementos de 0.5% de deformación hasta 3%; finalmente, tome lecturas cada 1% de deformación. Luego de completado el ensayo retire la muestra de la celda, tomar una fotografía del espécimen mostrando el modo de falla. Determine el contenido de humedad usando la muestra completa si es posible.



72

CALCULOS

1. Calcule la deformación axial, ε, para una carga axial aplicada dada, como sigue:

L

L = o

∆ε

donde: ∆L = cambio en la longitud del especimen como se lee en el

indicador de deformación, y Lo = longitud inicial del especimen de prueba L cuando el pistón

contacta con la tapa del especimen.

2. Calcule el área corregida, Ac, para una carga axial aplicada dada como sigue:

) - 1 ( A =A o

εc

donde: Ao = área inicial promedio de la sección transversal del

especimen, y ε = deformación axial para la carga axial dada.

3. Calcule el esfuerzo desviador, para una carga axial aplicada como sigue:

cd A

P = σ


fricción del pistón, si se requiere) (ver sección 7.1), y Ac = área de sección transversal promedio correspondiente.

4. Curva Esfuerzo - Deformación.- Grafique la relación esfuerzo desviador (en la ordenadas) y deformación axial (abscisa). Seleccione la resistencia a la compresión y deformación axial en la falla, de acuerdo con las definiciones antes mencionadas.

5. Corrección por Resistencia de la Membrana.- La ecuación siguiente puede ser

usada para corregir la resistencia a la compresión por efecto de la membrana, si el error en el esfuerzo desviador debido a la resistencia de membrana excede al 5%:

D

4 = ) - ( 1

31ε

σσ mmtE∆ 1



73

donde: ∆(σ1 - σ3) corrección a ser substraída de resistencia a la

compresión medida. D diámetro inicial del espécimen, considerando el área

corregida Em módulo de Young para el material de la membrana tm espesor de la membrana ε1 deformación axial.

6. Módulo de Young de la membrana.- El módulo de la membrana puede calcularse cortando un franja de membrana de 15 mm de ancho y estirándola con rodillos, se mide la fuerza necesaria para conseguir estirarla. Aplicar la siguiente ecuación:

LAFLEm

m ∆=

donde: Em módulo de Young para el material de la membrana F fuerzo aplicada para estirar la membrana Am área de la membrana smWt2= L longitud de la membrana sin estirar ∆L variación en la longitud de la membrana debido a la

aplicación de F. Un valor típico de Em para membranas de látex es 1400 kN/m2.

7. Calcule los esfuerzos principales mayor y menor para cada nivel de

deformación. 8. Calcule el grado de saturación de la muestra usando el peso inicial y

dimensiones. INFORME DE LABORATORIO El informe de laboratorio deberá contener los siguientes datos:


2. Densidad seca y contenido de humedad antes del ensayo. 3. Grado de saturación del espécimen. 4. Altura y diámetro del espécimen. 5. Relación altura/diámetro. 6. Tasa de deformación. 7. Curva esfuerzo – deformación. 8. Resistencia a la compresión y porcentaje de deformación axial en falla.

Valores de los esfuerzos principales menor y mayor en la falla. 9. Foto. 10. Observaciones; anotar cualquier condición inusual u otra información que sería




74


ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL NO CONSOLIDADO - NO DRENADO (UU) ASTM D 2850-03a

El ensayo de compresión triaxial UU realizado en limo arenoso ML, dio los siguientes resultados: 1.- Características de todos los especimenes antes del ensayo

Altura cm 20.3Diámetro cm 10.0Peso de muestra gr 1984.3Humedad % 19.0Densidad Seca gr/cm3 1.046

Condiciones

Velocidad de corte 1 mm/min 2.- Resultado del ensayo de corte no drenado



Espécimen 3 σc=2.0 kg/cm2 dial def (mm)

anillo carga (kN)

0 0 0 0 1 0.09 0.15 0.2 2 0.13 0.21 0.26 3 0.16 0.26 0.29 4 0.19 0.28 0.32 5 0.21 0.31 0.34 6 0.24 0.32 0.35 7 0.26 0.33 0.36 8 0.28 0.33 0.37 9 0.29 0.34 0.38

10 0.3 0.34 0.38 11 0.31 0.35 0.39 12 0.32 0.35 0.4 13 0.32 0.36 0.4 14 0.33 0.36 0.41 15 0.33 0.37 0.42 16 0.34 0.37 0.43 17 0.34 0.38 0.43 18 0.34 0.39 0.44 19 0.35 0.4 0.45 20 0.35 0.4 0.45 21 0.36 0.41 0.46 22 0.36 0.41 0.47 23 0.37 0.42 0.47



75

24 0.37 0.42 0.48 25 0.37 0.42 0.49

PREPARAR LAS SIGUIENTES TABLAS Y GRAFICOS 1.- Preparar 3 tablas (una para cada uno de los especimenes) en la que se consigne la siguiente información:

dial def (mm)

anillo carga (kN)

anillo carga (kg)

Deform axial (%)

Area corregida

cm2

Desviad (kg/cm2)

Para el primer espécimen de 0.5 kg/cm2 se tiene:

dial def(mm)

anillo carga(kN)

anillo carga(kg)

Deform axial(%)

area corregcm2

Desviad(kg/cm2)

0 0.00 0.00 0.00 78.54 0.001 0.09 9.18 0.49 78.93 0.122 0.13 13.27 0.99 79.32 0.173 0.16 16.33 1.48 79.72 0.204 0.19 19.39 1.97 80.12 0.245 0.21 21.43 2.46 80.52 0.276 0.24 24.49 2.96 80.93 0.307 0.26 26.53 3.45 81.34 0.338 0.28 28.57 3.94 81.76 0.359 0.29 29.59 4.43 82.18 0.36

10 0.30 30.61 4.93 82.61 0.3711 0.31 31.63 5.42 83.04 0.3812 0.32 32.65 5.91 83.47 0.3913 0.32 32.65 6.40 83.91 0.3914 0.33 33.67 6.90 84.36 0.4015 0.33 33.67 7.39 84.81 0.4016 0.34 34.69 7.88 85.26 0.4117 0.34 34.69 8.37 85.72 0.4018 0.34 34.69 8.87 86.18 0.4019 0.35 35.71 9.36 86.65 0.4120 0.35 35.71 9.85 87.12 0.4121 0.36 36.73 10.34 87.60 0.4222 0.36 36.73 10.84 88.09 0.4223 0.37 37.76 11.33 88.58 0.4324 0.37 37.76 11.82 89.07 0.4225 0.37 37.76 12.32 89.57 0.42



76

2.- Graficar las curvas Esfuerzo desviador versus deformación, como se muestra en el siguiente gráfico.

ESFUERZO vs DEFORMACION

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 2 4 6 8 10 12 14Deformación Axial (%)

Esfu

erzo

Des

viad

or k

g/cm

2

0.5 kg/cm21.0 kg/cm22.0 kg/cm2

3.- Graficar los círculos de Mohr en falla, determine la cohesión y fricción.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 1 2 3 4 5Esfuerzo Axial kg/cm2

Esfu

erzo

de

Corte

kg/

cm

φ

c = 0.15 kg/cm2φ = 2º

c



77


0.5 kg/cm2 1.0 kg/cm2 2.0 kg/cm2



78

4.3 COMPRESION TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO CU

EN SUELOS COHESIVOS ASTM D 4767-02

INTRODUCCIÓN Este método permite relacionar la resistencia y esfuerzo versus deformación, en condición saturada, de muestras inalteradas o remoldeadas de suelos cohesivos. Es posible determinar los esfuerzos totales y efectivos, deformación axial y presión de poros; así como la envolvente del círculo de Mohr y el módulo de Young. En este tipo de ensayo el espécimen se consolida completamente bajo el estado inicial de esfuerzo. Sin embargo, durante el corte (segunda etapa), se cierran las líneas de drenaje y el espécimen se carga hasta alcanzar la falla en condiciones no drenadas. Este procedimiento de ensayo puede utilizarse para simular condiciones de campo donde el estado inicial de carga resulta en la consolidación del suelo sin el peligro de falla, y después se aplica una segunda etapa de carga suficientemente rápida que resulta en carga esencialmente no drenada. La resistencia cortante depende de los esfuerzos aplicados, tiempo de consolidación, tasa de corte e historia de esfuerzos del suelo para el caso de muestras inalteradas.

Este tipo de carga puede aplicarse a los suelos de un lugar donde un terraplén de tierra se construirá primero y se dejará allí por varios años hasta que los suelos de cimentación se consoliden. Luego se construirá relativamente rápido una edificación en el terraplén de tierra.

Los ensayos del tipo consolidado no drenado (CU) permiten medir, además de la carga y deformación, la presión de poros durante el corte. Los resultados del ensayo permiten graficar el comportamiento de la muestra en el espacio p’ – q. DEFINICION DE TERMINOS Contra presión Es la presión que se aplica al agua en el interior del espécimen, y que permite comprimir el volumen de aire, incrementando la saturación. Esfuerzo efectivo de consolidación Es la diferencia entre la presión de celda y la presión de poros antes que el espécimen sea llevado a la prensa de carga. Falla Con frecuencia la falla corresponde al máximo esfuerzo desviador alcanzado o al esfuerzo desviador correspondiente al 15% de deformación, el que se alcance primero. Dependiendo del tipo de suelo y su aplicación en campo, es posible



79

considerar otros criterios como el máximo esfuerzo efectivo oblicuo, '3

'1σ

σ , o esfuerzo

desviador para otras deformaciones. EQUIPOS Prensa de carga Equipo que permite aplicar carga axial al espécimen a velocidad controlada. Dispositivo para medir de carga La carga axial puede medirse con un anillo de carga, celda de carga electrónica, celda de carga hidráulica u otro. Celda triaxial La celda debe ser capaz de soportar presiones de cámara y contrapresión. Para mayor detalle revisar el Manual de Operación de equipo Triaxial.

Piedra porosa

O rings

tapa

celda

Barra de ajuste



80


PANEL DE CONTROL Cortesía OM Ingeniería y Laboratorio

G



Q

P

O

N

F

K

E

I

H

J L R

MS

A

B

C



81

Para mayor detalle revisar el Manual de Operación de Equipo Triaxial, donde se detallan las partes del equipo, preparación y colocación de especimenes, llenado de la celda, aplicación de cargas de confinamiento, etc. ESPECIMENES DE ENSAYO Tamaño.- Las muestras son cilíndricas con diámetro mínimo de 33 mm. La relación altura/diámetro se encuentra entre 2 y 2.5. La medición individual de alturas o diámetros no debe variar en más de 5%. La partícula de mayor tamaño será menor que 1/6 del diámetro del espécimen. Si después de terminar un ensayo se encuentra que partículas de mayor tamaño están presentes, indique esta información en el reporte de datos. Muestras.- Para el caso de muestras inalteradas, estas deben ser talladas en el cortador evitando la pérdida de humedad, determine la altura y diámetro promedio de la muestra, tomar tres medidas como mínimo. Para el caso de muestras remoldeadas, prepararlas en un molde de sección circular, que tenga las dimensiones que cumplan la norma. Los especímenes compactados pueden ser preparados a cualquier densidad y contenido de humedad predeterminados, deben ser compactados en 6 capas usando compactador circular. En el informe debe reportarse si se saturó el espécimen. Después que se ha formado el espécimen, enrase los extremos perpendiculares al eje longitudinal, remuévalo del molde y determine su peso. MONTAJE DEL ESPECIMEN Preliminar Antes de colocar el espécimen en la celda triaxial, siga los siguientes pasos:

1. Verificar que la membrana no tenga hueco. 2. Coloque la membrana en el expansor. 3. Verifique que las piedras porosas y las líneas de drenaje no estén obstruidas,



1. Llenar las líneas de drenaje y el medidor de presión de poros con agua desaireada.

2. Sature las piedras porosas haciéndolas hervir en agua por lo menos 10 minutos y dejándolas enfriar a temperatura ambiente.

3. Coloque la piedra porosa en la base y luego papel filtro mojado. Cuidadosamente coloque el espécimen; finalmente coloque papel filtro y piedra porosa.



82

4. Rodear la muestra con filter strip cage. Este filtro no debe cubrir más del 50% del área periférica de la muestra.

5. Verifique que todo esté centrado con la base. Membrana de jebe Colocar la membrana rodeando el espécimen y ajústela a la base y tapa con O-rings. Para sellar la membrana, se puede colocar una capa delgada de grasa en la base y tapa. Si usa filter strip cage no colocar grasa en las superficies en contacto con el papel filtro. Líneas de drenaje Ajustar las líneas de drenaje y verificar el alineamiento del espécimen. PROCEDIMIENTO Antes de la Saturación Luego de cerrar la celda triaxial siga los siguientes pasos:

1. En el panel de control verificar que las buretas estén llenas de agua desaireada. 2. Acercar el pistón de carga a la tapa de la muestra y tomar contacto. Durante

este proceso no se debe aplicar cargas que excedan 0.5% de la carga axial estimada en falla. Ajustar fuertemente el pistón.

3. Colocar un conector al vacío en la tapa de la celda y luego llenarla con agua, no dejar aire en el interior.

4. Retirar el conector al vacío. Saturación La saturación del espécimen se consigue aplicando a la muestra contrapresión, de manera que el volumen de aire se reduzca.



83

1. Conectar las líneas de drenaje a sus respectivos conectores en el panel de

control. 2. Aplicar una presión de celda de 35 kPa (0.35 kg/cm2) o menos y abrir las

válvulas de drenaje. 3. Cuando la presión de poros en la base se estabilice o cuando la bureta se

estabilice se puede aplicar contrapresión. 4. Tomar lectura de la presión de poros con aproximación de 0.7 kPa, y luego

cerrar todas las válvulas. 5. Aplicar un incremento de presión en la celda. Se sugiere que el incremento sea

de 20 kPa para muestras pequeñas y 50 kPa para muestras grandes. 6. Luego de 2 minutos, aproximadamente, del incremento de presión en la celda,

tomar lectura de la nueva presión de poros con aproximación de 0.7 kPa. Cuando µ∆ se incrementa mucho con el tiempo o cuando es mayor que 3σ∆ indica que el agua de la celda está ingresando a la muestra. Cuando el valor de

µ∆ disminuye con el tiempo, puede indicar una fuga de en el sistema de medición de presión de poros ubicado fuera de la celda.

7. Calcular el parámetro B, de la siguiente manera:

3σµ

∆∆

=B

Donde: µ∆ es el incremento de presión de poros y 3σ∆ es el incremento de presión en la celda. Se considera que se ha completado la saturación, cuando B es mayor igual a 0.95, ó cuando el valor de B no se modifica con el incremento de contrapresión.

Nota 1.- Aunque el parámetro B de la presión de poros es usado para determinar una adecuada saturación, el valor de B también depende de la rigidez del suelo. El valor de B de 0.95 en suelos blandos puede indicar saturación menor al 100%; en resumen, el valor de B debe incrementarse a menor rigidez.

8. Restituya el esfuerzo efectivo inicial, incrementando la presión en las buretas 2 y 3 conectadas a las líneas de ingreso en la base y tapa del espécimen. El incremento debe ser el mismo.

Consolidación El objetivo de la consolidación en el ensayo, es permitir que el espécimen alcance un equilibrio en condición drenada al esfuerzo efectivo de ensayo. Durante la consolidación se deben tomar datos que permitan determinar la tasa de deformación y el final de la consolidación.

1. Una vez completada la saturación y con las válvulas de drenaje cerradas, incrementar la presión de la celda hasta que se alcance la presión efectiva de



84

consolidación para la muestra. Se debe aplicar consolidación por etapas cuando se usan filter strip para drenaje radial, y la tasa de incremento de carga no debería exceder 2.

2. Obtenga la lectura inicial de la bureta 1, luego abra las válvulas de drenaje, arriba y abajo. Tomar lecturas en la bureta para incrementos de tiempo (0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos) y 1, 2, 4 y 8 horas y más. El tiempo dependerá del tipo de suelo. Nota 2.- En caso la muestra contenga significativa cantidad de finos que pueden ser lavados, a causa de alto gradiente hidráulico inicial, es posible, incrementar gradualmente la presión de celda hasta la presión deseada con las válvulas de drenaje abiertas. Si este es el caso, registre el dato inmediatamente después de alcanzada la presión.

3. Grafique lecturas de bureta versus tiempo, por el método de Casagrande o Taylor. Permita que la consolidación continúe por lo menos un ciclo logarítmico de tiempo o durante toda la noche luego de alcanzado el 1005 de consolidación primaria.

4. Determinar el tiempo en que se alcanzó el 50% de la consolidación. Corte Durante la etapa de corte, la presión de celda permanece constante y no se permite el drenaje de la muestra.

1. Abrir la válvula correspondiente al medidor de presión de poros, para su lectura en el traductor.

2. Coloque la celda triaxial en la prensa de carga. Con mucho cuidado alinear el pistón con la celda de carga para no aplicar fuerza laterales durante el corte.

3. Acercar el pistón de carga que se encuentra en contacto con la muestra con la celda de carga. Tener cuidado de no aplicar cargas axiales al espécimen que excedan el 0.5% de carga axial estimada en falla.

4. Verificar que la lectura de presión de poros se estabilice. Tomar lectura con una aproximación de 0.7 kPa. Cierre las válvulas de drenaje en el espécimen y mida la variación de la presión de poros hasta que se estabilice. Si la variación es menos que el 5% de la presión de celda, se puede asumir que la presión de poros se ha estabilizado.

5. Aplicar la carga axial usando una tasa de deformación que permita la estabilización de la presión de poros durante el corte. Si la falla puede ocurrir luego del 4% de deformación, aplique la siguiente ecuación.

5010%4t

=ε

En caso se estime que la falla pueda ocurrir para deformaciones menores al 4%, puede usar la misma ecuación reemplazando 4% con el porcentaje de falla asumido.



85

6. Registre valores de carga y deformación con tres dígitos significativos y la presión de poros con aproximación de 0.7 kPa, cada 0.1 a 1% de deformación, luego cada 1%. Continúe aplicando la carga hasta alcanzar el 15% de deformación, o detenga el ensayo en caso el esfuerzo desviador caiga 20% o hasta 5% de deformación axial adicional, luego que el esfuerzo desviador alcanzó el valor pico.

RETIRAR EL ESPECIMEN Concluido el ensayo proseguir de la siguiente manera:

1. Retirar la carga axial y reduzca la presión de celda y contra presión a cero. 2. Con las válvulas de drenaje cerradas, rápidamente retire el espécimen de la

celda, para que la muestra no absorba agua de las piedras porosas. 3. Retire la membrana y los papeles filtro. 4. Tome foto al espécimen mostrando el modo de falla. 5. Determine la humedad tomando la muestra total. Si la muestra tiene agua libre,

esta debe eliminarse antes de tomar la muestra para la humedad. CALCULOS Propiedades índices del espécimen

1. Determine las, considerando el peso seco de la muestra tota, calcule el contenido inicial de agua, volumen de sólidos, relación de vacíos inicial, porcentaje de saturación inicial y peso unitario seco inicial. Calcule el volumen inicial de la muestra usando sus dimensiones.

Propiedades del espécimen al final de la consolidación Calcule la altura del espécimen y el área al final de la consolidación, como sigue:

1. La altura del espécimen al final de la consolidación, Hc, es:

ooc HHH ∆−= Donde Ho es la altura inicial de la muestra y ∆Ho es la variación de la altura del espécimen al final de la consolidación.

2. El área de la sección de la muestra al final de la consolidación, Ac, puede ser calculada con cualquiera de los dos métodos: Método A

c

csatoc H

VVVA

∆−∆−=



86

Donde: Vo Volumen inicial del espécimen ∆Vc Variación de volumen de la muestra durante la consolidación

considerando la lectura de la bureta. ∆Vsat Variación de volumen de la muestra durante la saturación.

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∆=∆

o

sosat H

HVV 3

Donde: ∆Hs Variación en la altura del espécimen durante la saturación.

Método B

c

swfc H

VVA

+=

Donde: Vwf Volumen final de agua (considerando el contenido de humedad

final) Vs Volumen de sólidos.

ws Gs

WsVρ

=

Donde: Ws Peso seco del especimen. Gs Gravedad específica de sólidos ρw Densidad del agua

3. Usando las dimensiones calculadas del espécimen al final de la consolidación,

y asumiendo que el contenido de agua al final de la consolidación es igual al contenido de agua final, calcule la relación de vacíos y el porcentaje de saturación.

Datos de Corte

1. Calcule la deformación axial, ε, para una carga axial aplicada dada, como sigue:

= 1HH

c

∆ε

donde: ∆H = variación de la altura del especimen como se lee en el

indicador de deformación, y Hc = altura del espécimen al final de la consolidación.



87

2. Calcule el área, A, para una carga axial aplicada como sigue:

) - 1 ( A =A

1εc

donde: Ac = área promedio de la sección transversal del espécimen al

final de la consolidación, y ε1 = deformación axial para la carga dada.

Nota 3.- La sección transversal se calcula asumiendo que el espécimen se deforma como un cilindro perfecto durante el corte. En casos donde el espécimen muestre una sección con mayor diámetro se recomienda tomar dicha dimensión.

3. Calcule el esfuerzo desviador, para una carga axial aplicada como sigue:

AdP = σ


fricción del pistón, si así se requiere), y A = área de sección transversal correspondiente.

4. Corrección por filter-paper strips

Cuando se emplea papel filtro a todo lo largo del espécimen, corregir el esfuerzo desviador calculado, en caso el error del esfuerzo desviador debido a la resistencia del papel filtro sea mayor que 5%. Para valores de deformación axial mayores de 2% aplicar la siguiente ecuación:

( )c

fpfpd A

PK=∆=−∆ σσσ 31

Donde:

( ) dσσσ ∆=−∆ 31 corrección que debe restarse del esfuerzo desviador

fpK carga asumida por el papel filtro por unidad de longitud del perímetro cubierto por el papel filtro.

fpP perímetro cubierto por el papel filtro

cA sección transversal del espécimen al final de la consolidación

Para valores de deformación axial igual o menores que 2%, aplique la siguiente ecuación de corrección.



88

( )c

fpfpd A

PK131

50εσσσ =∆=−∆

Donde:

1ε deformación axial (forma decimal) Nota 4.- Generalmente el papel filtro usado en ensayos triaxiales, Kfp, es aproximadamente 0.19 kN/m (1.1 lb/in).

5. Corrección por Resistencia de la Membrana.- La ecuación siguiente puede ser usada para corregir la resistencia a la compresión por efecto de la membrana, si el error en el esfuerzo desviador debido a la resistencia de membrana excede al 5%:

D 4

= ) - ( 131

c

mmtE εσσ∆

donde: ∆(σ1 - σ3) corrección a ser restada del esfuerzo desviador

medido. Dc diámetro del espécimen al final de la consolidación. Em módulo de Young para el material de la membrana tm espesor de la membrana ε1 deformación axial.

El módulo de de Young de la membrana puede calcularse cortando una franja de membrana de 15 mm de ancho y estirándola con rodillos, se mide la fuerza necesaria para conseguir estirarla. Aplicar la siguiente ecuación:

( )( )LL

AFE m

m //

∆=

donde: Em módulo de Young para el material de la membrana F fuerzo aplicada para estirar la membrana Am área de la membrana smWt2= L longitud de la membrana sin estirar ∆L variación de la longitud de la membrana debido a la

aplicación de F. tm espesor de la membrana Ws ancho de la tira (15 mm)

Nota 5.- Un valor típico de Em para membranas de látex es 1400 kN/m2.

Nota 6.- Las correcciones por papel filtro y membrana están fundadas en el comportamiento de las muestras durante el corte. Ese comportamiento es complejo, y no existe consenso en las correcciones.



89

6. Calcular el esfuerzo principal menor efectivo, '3σ para la carga axial dada:

µσσ ∆−= 3

'3

Donde:

3σ esfuerzo efectivo de consolidación µ∆ exceso de poros inducida por la carga axial

7. Curva Esfuerzo desviador y exceso de presión de poros versus Deformación.-

Grafique el esfuerzo desviador y el exceso de presión de poros (en la ordenadas) versus la deformación axial (abscisa). Seleccione el esfuerzo desviador en falla con su respectiva deformación axial.

8. Diagrama qp −' .- Grafique la relación 'p , ( )2

'3

'1 σσ + y q, ( )

2dσ , ploteando q

en las ordenadas y p en las abscisas a la misma escala. El valor de 'p para una carga axial dada puede calcularse de la siguiente manera:

( )( )

22 '

331' σσσ +−=p

Donde:

31 σσ − esfuerzo desviador '3σ esfuerzo principal menor efectivo

9. Determine los esfuerzos principales mayor y menor en falla basado en

esfuerzos totales, f1σ y f3σ , respectivamente, y los esfuerzos efectivos, '1 fσ

y '3 fσ , respectivamente, como sigue:

( )

( ) '331

'1

3'3

3311

3

fallaen

fallaen

iónconsolidac de efectivo esfuerzo

ff

fff

ff

f

σσσσ

µσσ

σσσσ

σ

+−=

∆−=

+−=

=

Donde:

fµ∆ exceso de poros inducida en falla. 10. Círculo de Mohr.- Grafique los círculos de Mohr para esfuerzos totales y

efectivos.



90



2. Densidad seca y contenido de humedad antes del ensayo. 3. Grado de saturación del espécimen. 4. Altura y diámetro del espécimen. 5. Relación altura/diámetro. 6. Método seguido para saturar el espécimen (método seco o húmedo) 7. Contrapresión total. 8. Parámetro B al final de la saturación. 9. Esfuerzo efectivo de consolidación. 10. T50 para la consolidación primaria. 11. Peso unitario seca del espécimen, relación de vacíos, contenido de humedad

y porcentaje de saturación al final de la consolidación. 12. Área del espécimen al final de la consolidación y método con el que se

determinó. 13. Criterio de falla. 14. El valor del esfuerzo desviador en falla, y los valores de esfuerzo efectivo

mayor y menor en falla, (indicar cuando los valores fueron corregidos por membrana y/o papel filtro).

15. Deformación axial en falla (%) 16. Tasa de deformación (%/min) 17. Curva Esfuerzo desviador y exceso de presión de poros versus Deformación 18. Diagrama qp −' 19. Círculo de Mohr basado en esfuerzos totales y efectivos (opcional). 20. Foto. 21. Observaciones; anotar cualquier condición inusual u otra información que sería




91


ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL NO CONSOLIDADO - NO DRENADO (CU) ASTM D 4767-02

El ensayo de compresión triaxial CU realizado en una muestra inalterada de grava arcillosa con arenas GC, dio los siguientes resultados: 1.- Características de todos los especimenes antes del ensayo DATOS DEL ESPECIMEN (ANTES DE CONSOLIDACION)

Diámetro inicial, cm 7.15

Altura inicial, cm 14.32

Humedad, % 7.9

Peso de muestra, gr 1344.7γ seco, gr/cm3 2.167

2.- Datos de Saturación y Consolidación

ESPECIMEN 1

Datos de Saturación Parámetro de Saturación B 0.95 Contrapresión kPa 420.0 Presión de celda (σ3) kPa 470.0 Esfuerzo Efectivo kPa 50.0

Datos de Consolidación Esfuerzo efectivo de consolidación kPa 50.0 t50 (minutos) 2.4

Características Altura cm

Diámetro cm

Area cm2

Humedad %

Densidad seca

gr/cm3

Relación de

vacíos

Saturación %

Gravedad Específica

(*)

Inicial 14.32 7.15 40.15 7.9 2.167 0.264 82 Final 14.32 7.15 40.17 9.2 2.169 0.263 96

2.740

(*) Valor asumido



92

ESPECIMEN 2

Datos de Saturación

Parámetro de Saturación B 0.95 Contrapresión kPa 340.0 Presión de celda (σ3) kPa 390.0 Esfuerzo Efectivo kPa 50.0



Diámetro cm

Area cm2

Humedad %

Densidad seca

gr/cm3

Relación de

vacíos

Saturación %


(*)

Inicial 14.40 7.20 40.72 7.9 2.241 0.223 97 Final 14.39 7.20 40.75 7.7 2.244 0.221 96

2.740

(*) Valor asumido

ESPECIMEN 3

Datos de Saturación Parámetro de Saturación B 0.95 Contrapresión kPa 400.0 Presión de celda (σ3) kPa 450.0 Esfuerzo Efectivo kPa 50.0



Diámetro cm

Area cm2

Humedad %

Densidad seca

gr/cm3

Relación de

vacíos

Saturación %


(*)

Inicial 14.60 7.30 41.85 7.9 2.113 0.297 73 Final 14.57 7.31 42.00 10.2 2.124 0.290 96

2.740

(*) Valor asumido



93

3.- Resultado del ensayo de corte no drenado Los datos del ensayo de corte, se muestran en la tabla 1, con letras negras.

PREPARAR LAS SIGUIENTES TABLAS Y GRAFICOS 1.- Preparar la Tabla 1 para las 3 muestras (una para cada uno de los especimenes) en la que se consigne la siguiente información:

dial def (mm)

anillo carga (kN)

anillo carga (kg)

Deform axial (%)

Area corregida

cm2

Desviad (kg/cm2)

Presión de

poros (kPa)

Presión de

poros (kg/cm2)

2.- Para cada espécimen graficar las curvas Esfuerzo desviador y exceso de presión de poros versus deformación. Figura 1.

3. Para cada espécimen preparar la siguiente tabla: dial def (mm)

Def. axial (%)

Desviador (kg/cm2)

Presión de poros

(kg/cm2)

Esfuerzo Principal menor kg/cm2

Esfuerzo Principal mayor kg/cm2

p efectivo q

Ver tabla 2. 4.- Graficar las curvas p-q (p en el eje de las abscisas y q en las ordenadas) 5.- En el gráfico p-q trazar una línea tangente a la falla. Preparar una tabla para la deformación correspondientes a la intersección curvas y tangente. Tabla 3.

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4p (kg/cm2)

q (k

g/cm

2

0.50 kg/cm21.0 kg/cm22.0 kg/cm2

a=0

α=27.5º

c=0 kPaΦ=32º



94

TABLA 1 - ESPECIMEN 1 dial def (mm)

anillo carga (kN)

anillo carga (kg)

Deform axial (%)

Area corregida

cm2

Desviad (kg/cm2)

Presión de poros (kPa)

Presión de poros

(kg/cm2)

0 0 0 0.0 40.2 0.0 0.00 0.00.2 0.09 9.2 0.1 40.2 0.2 3.50 0.040.4 0.12 12.2 0.3 40.3 0.3 7.90 0.080.6 0.13 13.3 0.4 40.3 0.3 10.40 0.110.8 0.15 15.3 0.6 40.4 0.4 12.60 0.13

1 0.15 15.3 0.7 40.5 0.4 14.20 0.141.2 0.17 17.3 0.8 40.5 0.4 16.00 0.161.4 0.18 18.4 1.0 40.6 0.5 17.10 0.171.6 0.18 18.4 1.1 40.6 0.5 18.40 0.191.8 0.19 19.4 1.3 40.7 0.5 19.10 0.19

2 0.2 20.4 1.4 40.7 0.5 20.50 0.212.2 0.21 21.4 1.5 40.8 0.5 21.00 0.212.4 0.21 21.4 1.7 40.9 0.5 21.80 0.222.6 0.21 21.4 1.8 40.9 0.5 22.50 0.232.8 0.22 22.4 2.0 41.0 0.5 23.30 0.24

3 0.22 22.4 2.1 41.0 0.5 23.90 0.243.2 0.23 23.5 2.2 41.1 0.6 23.90 0.243.4 0.23 23.5 2.4 41.2 0.6 24.50 0.253.6 0.23 23.5 2.5 41.2 0.6 24.80 0.253.8 0.24 24.5 2.7 41.3 0.6 25.50 0.26

4 0.24 24.5 2.8 41.3 0.6 25.40 0.264.2 0.25 25.5 2.9 41.4 0.6 25.10 0.264.4 0.25 25.5 3.1 41.4 0.6 25.40 0.264.6 0.25 25.5 3.2 41.5 0.6 25.70 0.264.8 0.25 25.5 3.4 41.6 0.6 25.50 0.26

5 0.26 26.5 3.5 41.6 0.6 25.60 0.265.4 0.26 26.5 3.8 41.7 0.6 26.20 0.275.8 0.27 27.6 4.1 41.9 0.7 26.20 0.276.2 0.27 27.6 4.3 42.0 0.7 26.40 0.276.6 0.28 28.6 4.6 42.1 0.7 26.60 0.27

7 0.28 28.6 4.9 42.2 0.7 26.30 0.277.4 0.28 28.6 5.2 42.4 0.7 26.30 0.277.8 0.29 29.6 5.4 42.5 0.7 26.90 0.278.2 0.29 29.6 5.7 42.6 0.7 26.20 0.278.6 0.29 29.6 6.0 42.7 0.7 27.10 0.28

9 0.3 30.6 6.3 42.9 0.7 25.90 0.269.4 0.3 30.6 6.6 43.0 0.7 26.20 0.279.8 0.3 30.6 6.8 43.1 0.7 25.90 0.26

10.2 0.31 31.6 7.1 43.3 0.7 25.60 0.2610.6 0.31 31.6 7.4 43.4 0.7 25.50 0.26

11 0.32 32.7 7.7 43.5 0.8 24.90 0.2511.4 0.32 32.7 8.0 43.7 0.7 24.30 0.2511.8 0.32 32.7 8.2 43.8 0.7 22.80 0.2312.2 0.33 33.7 8.5 43.9 0.8 21.30 0.2212.6 0.33 33.7 8.8 44.1 0.8 20.20 0.21

13 0.34 34.7 9.1 44.2 0.8 20.10 0.2113.4 0.34 34.7 9.4 44.3 0.8 18.90 0.1913.8 0.35 35.7 9.6 44.5 0.8 17.40 0.1814.2 0.35 35.7 9.9 44.6 0.8 17.00 0.17



95


anillo carga (kN)

anillo carga (kg)

Deform axial (%)

Area corregida

cm2

Desviad (kg/cm2)


Presión de poros

(kg/cm2)

0 0 0 0.0 40.8 0.0 0.0 0.00.2 0.04 4.1 0.1 40.8 0.1 12.6 0.10.4 0.07 7.1 0.3 40.9 0.2 16.0 0.20.6 0.1 10.2 0.4 40.9 0.2 23.5 0.20.8 0.12 12.2 0.6 41.0 0.3 28.0 0.3

1 0.14 14.3 0.7 41.0 0.3 32.0 0.31.2 0.16 16.3 0.8 41.1 0.4 35.1 0.41.4 0.18 18.4 1.0 41.2 0.4 38.2 0.41.6 0.19 19.4 1.1 41.2 0.5 40.6 0.41.8 0.21 21.4 1.3 41.3 0.5 43.1 0.4

2 0.22 22.4 1.4 41.3 0.5 45.5 0.52.2 0.23 23.5 1.5 41.4 0.6 46.9 0.52.4 0.25 25.5 1.7 41.4 0.6 47.8 0.52.6 0.26 26.5 1.8 41.5 0.6 49.6 0.52.8 0.27 27.6 1.9 41.6 0.7 50.6 0.5

3 0.28 28.6 2.1 41.6 0.7 51.4 0.53.2 0.29 29.6 2.2 41.7 0.7 52.0 0.53.4 0.3 30.6 2.4 41.7 0.7 52.5 0.53.6 0.31 31.6 2.5 41.8 0.8 53.2 0.53.8 0.31 31.6 2.6 41.9 0.8 53.7 0.5

4 0.32 32.7 2.8 41.9 0.8 54.1 0.64.2 0.33 33.7 2.9 42.0 0.8 56.1 0.64.4 0.34 34.7 3.1 42.0 0.8 54.2 0.64.6 0.34 34.7 3.2 42.1 0.8 54.3 0.64.8 0.35 35.7 3.3 42.2 0.8 54.0 0.6

5 0.36 36.7 3.5 42.2 0.9 54.2 0.65.4 0.38 38.8 3.8 42.3 0.9 53.8 0.55.8 0.39 39.8 4.0 42.5 0.9 56.0 0.66.2 0.4 40.8 4.3 42.6 1.0 54.0 0.66.6 0.42 42.9 4.6 42.7 1.0 53.6 0.5

7 0.43 43.9 4.9 42.8 1.0 53.0 0.57.4 0.44 44.9 5.1 43.0 1.0 52.0 0.57.8 0.45 45.9 5.4 43.1 1.1 50.6 0.58.2 0.46 46.9 5.7 43.2 1.1 49.8 0.58.6 0.47 48.0 6.0 43.3 1.1 50.1 0.5

9 0.48 49.0 6.3 43.5 1.1 49.8 0.59.4 0.5 51.0 6.5 43.6 1.2 48.3 0.59.8 0.51 52.0 6.8 43.7 1.2 47.7 0.5

10.2 0.52 53.1 7.1 43.9 1.2 46.6 0.510.6 0.53 54.1 7.4 44.0 1.2 45.6 0.5

11 0.54 55.1 7.6 44.1 1.2 44.2 0.511.4 0.55 56.1 7.9 44.3 1.3 42.5 0.411.8 0.56 57.1 8.2 44.4 1.3 41.3 0.412.2 0.57 58.2 8.5 44.5 1.3 40.7 0.412.6 0.58 59.2 8.8 44.7 1.3 38.9 0.4

13 0.59 60.2 9.0 44.8 1.3 38.1 0.413.4 0.61 62.2 9.3 44.9 1.4 37.4 0.413.8 0.62 63.3 9.6 45.1 1.4 36.5 0.414.2 0.63 64.3 9.9 45.2 1.4 35.8 0.4



96


anillo carga (kN)

anillo carga (kg)

Deform axial (%)

Area corregida

cm2

Desviad (kg/cm2)


Presión de poros

(kg/cm2) 0 0.00 0 0.0 42.0 0.0 0.0 0.0

0.2 0.15 15.3 0.1 42.1 0.4 21.3 0.20.4 0.25 25.5 0.3 42.1 0.6 37.6 0.40.6 0.29 29.6 0.4 42.2 0.7 66.5 0.70.8 0.40 40.8 0.5 42.2 1.0 79.9 0.8

1 0.45 45.9 0.7 42.3 1.1 91.8 0.91.2 0.50 51.0 0.8 42.3 1.2 101.1 1.01.4 0.52 53.1 1.0 42.4 1.3 106.1 1.11.6 0.55 56.1 1.1 42.5 1.3 113.3 1.21.8 0.58 59.2 1.2 42.5 1.4 116.6 1.2

2 0.60 61.2 1.4 42.6 1.4 118.3 1.22.2 0.62 63.3 1.5 42.6 1.5 123.9 1.32.4 0.64 65.3 1.6 42.7 1.5 124.8 1.32.6 0.65 66.3 1.8 42.8 1.6 125.7 1.32.8 0.67 68.4 1.9 42.8 1.6 128.0 1.3

3 0.69 70.4 2.1 42.9 1.6 129.0 1.33.2 0.71 72.4 2.2 42.9 1.7 129.4 1.33.4 0.72 73.5 2.3 43.0 1.7 129.7 1.33.6 0.74 75.5 2.5 43.1 1.8 130.0 1.33.8 0.76 77.6 2.6 43.1 1.8 130.3 1.3

4 0.77 78.6 2.7 43.2 1.8 130.3 1.34.2 0.79 80.6 2.9 43.2 1.9 130.1 1.34.4 0.80 81.6 3.0 43.3 1.9 130.7 1.34.6 0.81 82.7 3.2 43.4 1.9 130.5 1.34.8 0.82 83.7 3.3 43.4 1.9 130.0 1.3

5 0.84 85.7 3.4 43.5 2.0 130.3 1.35.2 0.85 86.7 3.6 43.6 2.0 129.8 1.35.4 0.87 88.8 3.7 43.6 2.0 129.7 1.35.6 0.88 89.8 3.8 43.7 2.1 129.0 1.35.8 0.89 90.8 4.0 43.7 2.1 128.4 1.3

6 0.91 92.9 4.1 43.8 2.1 127.9 1.36.4 0.93 94.9 4.4 43.9 2.2 126.6 1.36.8 0.95 96.9 4.7 44.1 2.2 125.6 1.37.2 0.97 99.0 4.9 44.2 2.2 122.5 1.37.6 1.00 102.0 5.2 44.3 2.3 122.1 1.2

8 1.02 104.1 5.5 44.4 2.3 121.6 1.28.4 1.05 107.1 5.8 44.6 2.4 119.5 1.28.8 1.07 109.2 6.0 44.7 2.4 119.0 1.29.2 1.10 112.2 6.3 44.8 2.5 117.3 1.29.6 1.11 113.3 6.6 45.0 2.5 115.6 1.210 1.13 115.3 6.9 45.1 2.6 113.0 1.2

10.4 1.15 117.3 7.1 45.2 2.6 111.8 1.110.8 1.17 119.4 7.4 45.4 2.6 110.3 1.111.2 1.19 121.4 7.7 45.5 2.7 109.3 1.111.6 1.21 123.5 8.0 45.6 2.7 106.6 1.1

12 1.23 125.5 8.2 45.8 2.7 104.2 1.112.4 1.25 127.6 8.5 45.9 2.8 102.3 1.012.8 1.27 129.6 8.8 46.0 2.8 100.4 1.013.2 1.31 133.7 9.1 46.2 2.9 97.3 1.0



97

13.6 1.35 137.8 9.3 46.3 3.0 94.6 1.014 1.37 139.8 9.6 46.5 3.0 91.2 0.9

14.4 1.39 141.8 9.9 46.6 3.0 91.2 0.9

Figura 1a: Esfuerzo desviador y exceso de presión de poros vs. deformación axial Espécimen 1

ESFUERZO DESVIADOR Y PRESION DE POROS vs DEFORMACION

0

1

2

3

4

5


Esfu

erzo

Des

viado

r (kg

/cm2

Esfuerzo DesviadorPresión de Poros



98

Figura 1b:Esfuerzo desviador y exceso de presión de poros vs. deformación axial Espécimen 2


0

1

2

3

4

5


Esfu

erzo

Des

viad

or (k

g/cm


Figura 1c:Esfuerzo desviador y exceso de presión de poros vs. deformación axial Espécimen 3


0

1

2

3

4

5


Esfu

erzo

Des

viad

or (k

g/cm




99

TABLA 2 - ESPECIMEN 1 dial def (mm) Deform

axial (%)

Desviad (kg/cm2)

Presión de poros

(kg/cm2) Esfuerzo mayor

Esfuerzo menor

p efectivo

q

0 0.0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.5 0.000.2 0.1 0.2 0.04 0.69 0.46 0.58 0.110.4 0.3 0.3 0.08 0.72 0.42 0.57 0.150.6 0.4 0.3 0.11 0.72 0.39 0.56 0.160.8 0.6 0.4 0.13 0.75 0.37 0.56 0.19

1 0.7 0.4 0.14 0.73 0.36 0.54 0.191.2 0.8 0.4 0.16 0.76 0.34 0.55 0.211.4 1.0 0.5 0.17 0.78 0.33 0.55 0.231.6 1.1 0.5 0.19 0.76 0.31 0.54 0.231.8 1.3 0.5 0.19 0.78 0.31 0.54 0.24

2 1.4 0.5 0.21 0.79 0.29 0.54 0.252.2 1.5 0.5 0.21 0.81 0.29 0.55 0.262.4 1.7 0.5 0.22 0.80 0.28 0.54 0.262.6 1.8 0.5 0.23 0.79 0.27 0.53 0.262.8 2.0 0.5 0.24 0.81 0.26 0.54 0.27

3 2.1 0.5 0.24 0.80 0.26 0.53 0.273.2 2.2 0.6 0.24 0.83 0.26 0.54 0.293.4 2.4 0.6 0.25 0.82 0.25 0.54 0.293.6 2.5 0.6 0.25 0.82 0.25 0.53 0.283.8 2.7 0.6 0.26 0.83 0.24 0.54 0.30

4 2.8 0.6 0.26 0.83 0.24 0.54 0.304.2 2.9 0.6 0.26 0.86 0.24 0.55 0.314.4 3.1 0.6 0.26 0.86 0.24 0.55 0.314.6 3.2 0.6 0.26 0.85 0.24 0.55 0.314.8 3.4 0.6 0.26 0.85 0.24 0.55 0.31

5 3.5 0.6 0.26 0.88 0.24 0.56 0.325.4 3.8 0.6 0.27 0.87 0.23 0.55 0.325.8 4.1 0.7 0.27 0.89 0.23 0.56 0.336.2 4.3 0.7 0.27 0.89 0.23 0.56 0.336.6 4.6 0.7 0.27 0.91 0.23 0.57 0.34

7 4.9 0.7 0.27 0.91 0.23 0.57 0.347.4 5.2 0.7 0.27 0.91 0.23 0.57 0.347.8 5.4 0.7 0.27 0.92 0.23 0.57 0.358.2 5.7 0.7 0.27 0.93 0.23 0.58 0.358.6 6.0 0.7 0.28 0.92 0.22 0.57 0.35

9 6.3 0.7 0.26 0.95 0.24 0.59 0.369.4 6.6 0.7 0.27 0.94 0.23 0.59 0.369.8 6.8 0.7 0.26 0.95 0.24 0.59 0.35

10.2 7.1 0.7 0.26 0.97 0.24 0.60 0.3710.6 7.4 0.7 0.26 0.97 0.24 0.60 0.36

11 7.7 0.8 0.25 1.00 0.25 0.62 0.3811.4 8.0 0.7 0.25 1.00 0.25 0.63 0.3711.8 8.2 0.7 0.23 1.01 0.27 0.64 0.3712.2 8.5 0.8 0.22 1.05 0.28 0.67 0.3812.6 8.8 0.8 0.21 1.06 0.29 0.68 0.38

13 9.1 0.8 0.21 1.08 0.29 0.69 0.3913.4 9.4 0.8 0.19 1.09 0.31 0.70 0.3913.8 9.6 0.8 0.18 1.13 0.32 0.72 0.4014.2 9.9 0.8 0.17 1.13 0.33 0.73 0.40



100


Deform axial (%)

Desviad (kg/cm2)

Presión de poros

(kg/cm2) Esfuerzo mayor

Esfuerzo menor

p efectivo q

0 0.0 0.0 0.0 1.00 1.00 1 0.000.2 0.1 0.1 0.1 0.97 0.87 0.92 0.050.4 0.3 0.2 0.2 1.01 0.84 0.92 0.090.6 0.4 0.2 0.2 1.01 0.76 0.88 0.120.8 0.6 0.3 0.3 1.01 0.71 0.86 0.15

1 0.7 0.3 0.3 1.02 0.67 0.85 0.171.2 0.8 0.4 0.4 1.04 0.64 0.84 0.201.4 1.0 0.4 0.4 1.06 0.61 0.83 0.221.6 1.1 0.5 0.4 1.06 0.59 0.82 0.241.8 1.3 0.5 0.4 1.08 0.56 0.82 0.26

2 1.4 0.5 0.5 1.08 0.54 0.81 0.272.2 1.5 0.6 0.5 1.09 0.52 0.80 0.282.4 1.7 0.6 0.5 1.13 0.51 0.82 0.312.6 1.8 0.6 0.5 1.13 0.49 0.81 0.322.8 2.0 0.7 0.5 1.15 0.48 0.82 0.33

3 2.1 0.7 0.5 1.16 0.48 0.82 0.343.2 2.2 0.7 0.5 1.18 0.47 0.82 0.353.4 2.4 0.7 0.5 1.20 0.46 0.83 0.373.6 2.5 0.8 0.5 1.21 0.46 0.84 0.383.8 2.7 0.8 0.5 1.21 0.45 0.83 0.38

4 2.8 0.8 0.6 1.23 0.45 0.84 0.394.2 2.9 0.8 0.6 1.23 0.43 0.83 0.404.4 3.1 0.8 0.6 1.27 0.45 0.86 0.414.6 3.2 0.8 0.6 1.27 0.45 0.86 0.414.8 3.4 0.8 0.6 1.30 0.45 0.87 0.42

5 3.5 0.9 0.6 1.32 0.45 0.88 0.445.4 3.8 0.9 0.5 1.37 0.45 0.91 0.465.8 4.1 0.9 0.6 1.37 0.43 0.90 0.476.2 4.3 1.0 0.6 1.41 0.45 0.93 0.486.6 4.6 1.0 0.5 1.46 0.45 0.95 0.50

7 4.9 1.0 0.5 1.48 0.46 0.97 0.517.4 5.2 1.0 0.5 1.51 0.47 0.99 0.527.8 5.4 1.1 0.5 1.55 0.48 1.02 0.538.2 5.7 1.1 0.5 1.58 0.49 1.03 0.548.6 6.0 1.1 0.5 1.60 0.49 1.04 0.55

9 6.3 1.1 0.5 1.62 0.49 1.06 0.569.4 6.6 1.2 0.5 1.68 0.51 1.09 0.599.8 6.8 1.2 0.5 1.70 0.51 1.11 0.59

10.2 7.1 1.2 0.5 1.73 0.52 1.13 0.6010.6 7.4 1.2 0.5 1.76 0.53 1.15 0.61

11 7.7 1.2 0.5 1.80 0.55 1.17 0.6211.4 8.0 1.3 0.4 1.83 0.57 1.20 0.6311.8 8.2 1.3 0.4 1.87 0.58 1.22 0.6412.2 8.5 1.3 0.4 1.89 0.58 1.24 0.6512.6 8.8 1.3 0.4 1.93 0.60 1.27 0.66

13 9.1 1.3 0.4 1.96 0.61 1.28 0.6713.4 9.4 1.4 0.4 2.00 0.62 1.31 0.6913.8 9.6 1.4 0.4 2.03 0.63 1.33 0.7014.2 9.9 1.4 0.4 2.06 0.63 1.35 0.71



101

TABLA 2 - ESPECIMEN 3 dial def (mm) Deform

axial (%)

Desviad (kg/cm2)

Presión de poros

(kg/cm2)

Esfuerzo mayor

Esfuerzo menor

p efectivo

q

0 0.0 0.0 0.0 2.00 2.00 2 1.000.2 0.1 0.4 0.2 2.15 1.78 1.96 0.890.4 0.3 0.6 0.4 2.22 1.62 1.92 0.810.6 0.4 0.7 0.7 2.02 1.32 1.67 0.660.8 0.5 1.0 0.8 2.15 1.18 1.67 0.59

1 0.7 1.1 0.9 2.15 1.06 1.61 0.531.2 0.8 1.2 1.0 2.17 0.97 1.57 0.481.4 1.0 1.3 1.1 2.17 0.92 1.54 0.461.6 1.1 1.3 1.2 2.17 0.84 1.50 0.421.8 1.2 1.4 1.2 2.20 0.81 1.51 0.41

2 1.4 1.4 1.2 2.23 0.79 1.51 0.402.2 1.5 1.5 1.3 2.22 0.74 1.48 0.372.4 1.6 1.5 1.3 2.26 0.73 1.49 0.362.6 1.8 1.6 1.3 2.27 0.72 1.49 0.362.8 1.9 1.6 1.3 2.29 0.69 1.49 0.35

3 2.1 1.6 1.3 2.33 0.68 1.50 0.343.2 2.2 1.7 1.3 2.37 0.68 1.52 0.343.4 2.3 1.7 1.3 2.38 0.68 1.53 0.343.6 2.5 1.8 1.3 2.43 0.67 1.55 0.343.8 2.6 1.8 1.3 2.47 0.67 1.57 0.34

4 2.7 1.8 1.3 2.49 0.67 1.58 0.344.2 2.9 1.9 1.3 2.54 0.67 1.60 0.344.4 3.0 1.9 1.3 2.55 0.67 1.61 0.334.6 3.2 1.9 1.3 2.57 0.67 1.62 0.334.8 3.3 1.9 1.3 2.60 0.67 1.64 0.34

5 3.4 2.0 1.3 2.64 0.67 1.66 0.345.2 3.6 2.0 1.3 2.67 0.68 1.67 0.345.4 3.7 2.0 1.3 2.71 0.68 1.69 0.345.6 3.8 2.1 1.3 2.74 0.68 1.71 0.345.8 4.0 2.1 1.3 2.77 0.69 1.73 0.34

6 4.1 2.1 1.3 2.81 0.69 1.75 0.356.4 4.4 2.2 1.3 2.87 0.71 1.79 0.356.8 4.7 2.2 1.3 2.92 0.72 1.82 0.367.2 4.9 2.2 1.3 2.99 0.75 1.87 0.387.6 5.2 2.3 1.2 3.06 0.75 1.91 0.38

8 5.5 2.3 1.2 3.10 0.76 1.93 0.388.4 5.8 2.4 1.2 3.18 0.78 1.98 0.398.8 6.0 2.4 1.2 3.23 0.79 2.01 0.399.2 6.3 2.5 1.2 3.31 0.80 2.05 0.409.6 6.6 2.5 1.2 3.34 0.82 2.08 0.4110 6.9 2.6 1.2 3.40 0.85 2.13 0.42

10.4 7.1 2.6 1.1 3.45 0.86 2.16 0.4310.8 7.4 2.6 1.1 3.51 0.87 2.19 0.4411.2 7.7 2.7 1.1 3.55 0.88 2.22 0.4411.6 8.0 2.7 1.1 3.62 0.91 2.27 0.46

12 8.2 2.7 1.1 3.68 0.94 2.31 0.4712.4 8.5 2.8 1.0 3.73 0.96 2.35 0.4812.8 8.8 2.8 1.0 3.79 0.98 2.38 0.4913.2 9.1 2.9 1.0 3.90 1.01 2.45 0.50



102

13.6 9.3 3.0 1.0 4.01 1.03 2.52 0.5214 9.6 3.0 0.9 4.08 1.07 2.57 0.53

14.4 9.9 3.0 0.9 4.11 1.07 2.59 0.53

Tabla 3 a.- Espécimen 1 Resultado del Ensayo de Corte

Tasa de deformación 0.02%/min Esfuerzos Principales en kg/cm2

Criterio de Falla σ1 σ3 σ1 efectivo σ3 efectivo

Valores en falla 1.11 0.50 0.85 0.24

Tabla 3 b.- Espécimen 2

Resultado del Ensayo de Corte Tasa de deformación 0.02%/min

Esfuerzos Principales en kg/cm2 Criterio de Falla σ1 σ3 σ1 efectivo σ3 efectivo

Valores en falla 2.0 1.0 1.5 0.5

Tabla 3 c.- Espécimen 3 Resultado del Ensayo de Corte

Tasa de deformación 0.02%/min Esfuerzos Principales en kg/cm2

Criterio de Falla σ1 σ3 σ1 efectivo σ3 efectivo

Valores en falla 3.6 2.0 2.3 0.7 6.- Graficar los círculos de Mohr totales y efectivos y determinar los valores de cohesión y fricción en cada caso.

ESFUERZOS TOTALES

0

1

2

3


Esfu

erzo

de

Corte

(kg/

cm2

c = 0.12 kg/cm2φ = 14.3º

c

φ



103


0.5 kg/cm2 1.0 kg/cm2 2.0 kg/cm2

ESFUERZOS EFECTIVOS

0

1

2

3


Esfu

erzo

de

Corte

(kg/

cm2

c

φ

c = 0 kg/cm2φ = 32º

manual de suelos del pitufo

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